Глобальные процессы образования и движения живого в биосфере обусловлены круговоротом огромных масс вещества и колоссальных потоков энергии. Процессы, происходящие с участием живого вещества, превосходят чисто геологические по интенсивности и скорости. Человечество же создает дополнительный, антропогенный канал.
С древнейших времен деятельность человека ощутимо отражалась на облике биосферы. Эволюция человеческого общества предстает как совокупная эволюция умственных способностей человека, освоения более эффективных источников энергии, орудий и технологий труда, науки и культуры. Адаптация шла по двум направлениям:
– человек приспосабливался к новым природным условиям, менял свой способ хозяйства и вырабатывал новый стереотип поведения;
– человек приспосабливал природу под себя, создавая вторичные, антропогенные геобиоценозы. Многие характеристики развития человеческого общества имеют интересную особенность – графически их можно представить в виде кривой, близкой к экспоненте. Если рассмотреть рост численности, скорость научно-технического прогресса, эти зависимости именно таковы. Масштабы воздействия человека на биосферу стали сравнимы с масштабами естественных процессов, человечество стало мощной силой, преобразующей лик планеты, в результате чего стали заметны определенные сдвиги в биосферных процессах.
Человечество изменяет множество характеристик биосферы. Например, ежегодные выбросы порядка 20 млрд т углекислого газа, и это при его естественном запасе в 50 млрд т!
В процессе совместной эволюции общества и природы, предсказывал В. И. Вернадский, биосфера должна будет преобразоваться в новое состояние – ноосферу – сферу разумной жизни. Опыт всех предшествующих поколений и настоящего времени показывает, что человечество, к сожалению, движется не к созданию гармоничной с природой ноосферы, а по пути деструкции биосферы и замены ее инженерно-техническими сооружениями (техносферой). Увеличение концентрации углекислого газа вкупе с повышением содержания аэрозольных частиц приводит к изменению прозрачности атмосферы и, как следствие, изменению теплового баланса планеты. В результате преобразования человеком естественных местообитаний, а также и прямого уничтожения исчезают многие виды живых организмов, снижается биоразнообразие, являющееся основой устойчивости экосистем. Нерациональное ведение сельского хозяйства приводит к истощению почв и распространению процессов опустынивания, нарушению водных режимов территорий. Возможно, самым грозным проявлением воздействия человека на биосферу является загрязнение окружающей среды. Под загрязнением в самом широком смысле понимают все тела, явления, процессы, которые не в том количестве или не в то время появляются в окружающей среде и могут тем самым вывести экосистемы из равновесия. Подчеркнем, что это не только выброс химических веществ, но и физическое воздействие (излучение, шум, вибрация), а также внесение биологических агентов. Влияние загрязнений может проявляться различно, но это всегда нарушающее воздействие, приводящее к стрессу, деградации, а в конечном итоге и гибели экосистемы.
ГЕНЕТИКА
Начало XX в. ознаменовалось бурным ростом и серией фундаментальных открытий в области генетики. Были переоткрыты законы Менделя, обоснованы представления о носителях наследственной информации – гене и хромосоме, установлены принцип чистоты гамет, законы доминирования, гибридологический анализ. В середине XX в. произошел революционный переход от белковой к нуклеиновой трактовке наследственности. Впервые перенос генов от одного организма к другому осуществили в 1944 г. трое британских ученых: О. Эве-ри, К. Мак-Леод и М. Мак-Карти. Ученые научились расшифровывать не только структуру ДНК в целом (это сделали в 1953 г. англичане Ф. Крик и Дж. Уотсон), но и непосредственно последовательность нуклеотидов. В 2001 г. был расшифрован геном человека.
Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) – это две скрученные вокруг общей оси в спираль цепочки из соединенных друг с другом в определенной последовательности четырех элементов – нуклео-тидов. Их линейная последовательность(первичная структура ДНК), строго индивидуальная и специфичная для каждого достаточно длинного отрезка ДНК, и есть кодовая запись биологической (генетической) информации. Одну цепочку нуклеотидов называют «смысловой», другую, комплементарную (спаренную с ней по всей длине), – «антисмысловой». Принцип комплиментарности лежит в основе наследственности. ДНК – единственное вещество, способное к самовоспроизведению своей структуры. ДНК, хранящаяся и работающая в клеточном ядре, копирует не только саму себя. В нужный момент определенные участки ДНК (гены) воспроизводят свои копии в виде химически подобного полимера – рибонуклеиновой кислоты (РНК), которые в свою очередь служат матрицами для производства всех необходимых организму белков. Именно белки, по мнению большинства ученых, определяют все признаки живых организмов. ДНК – РНК – белок – вот центральная догма всей молекулярной биологии.
В 1950-х гг. выяснилось, что, кроме клеточных генов, в природе существуют и независимые гены – вирусы. Вирус – это упакованный в белковую оболочку генетический материал. Болезнь и даже смерть обычно вызывают чужеродные вирусные белки. В других случаях человек не умирает, но может болеть всю жизнь. Человечество испытывает трудности с белком интерфероном, обладающим противовирусной активностью. Интерферон вырабатывается любым животным организмом, но нечеловеческий интерферон для лечения людей непригоден. Человек же вырабатывает слишком мало интерферона для его выделения с фармакологическими целями. Поэтому ген человеческого интерферона был введен в бактерию, которая вырабатывала человеческий интерферон. Сейчас эта техника применяется во всем мире.
Человечество научилось направленно, избирательно воздействовать на генетический аппарат различных организмов, продуцируя организмы с чужеродными генами. Возникли методы, с помощью которых можно резать ДНК в нужных местах и «клеить» с любым другим кусочком ДНК, причем не только с готовыми генами, но и с рекомбинантами – комбинациями разных, в том числе искусственно созданных, генов. Это направление получило название генной инженерии. На ее основе родились два больших практических направления – биотехнология и генная инженерия.
ЕВГЕНИКА
Наследственность – это свойство живых организмов сохранять и передавать потомству особенности своего строения, функций и развития. Благодаря наследственности из поколения в поколение сохраняются признаки вида, сорта, породы.
Изменчивость – это способность организмов изменять свои признаки и свойства.
Наследственная изменчивость связана с изменением генотипа особи, поэтому возникшие изменения наследуются. В природе мутации появляются под влиянием различных внешних и внутренних факторов. Характер мутаций предсказать трудно.
Также выделяют модификационную изменчивость – изменчивость, не связанную с изменением генотипа. Ее пределы, степень изменяемости признака в зависимости от условий среды называют нормой реакции, которая позволяет организмам приспосабливаться к разным условиям среды и оставлять потомство.
Мутациями называют скачкообразные стойкие наследственные изменения. Мутации делятся на спонтанные (возникают в природе без вмешательства человека) и индуцированные (вызываются специальным воздействием искусственных источников). Способность к мутированию является одним из основных свойств гена. Причины мутаций до конца не выяснены, но установлена их зависимость от физиологического состояния клетки, режима питания, температуры и других естественных факторов.
Учение о наследственном здоровье человека и путях его улучшения называется евгеникой. Принципы евгеники были впервые сформулированы в 1869 г. Френсисом Гальтоном, предположившим изучать влияния, которые могут улучшить наследственные качества (здоровье, умственные способности, одаренность) будущих поколений. Интерес к евгеническим идеям был особенно значительным в первой четверти XX в., в период бурного развития генетики и накопления данных по наследованию признаков у человека.
В связи с повышением фона ионизирующей радиации и загрязнениями окружающей среды мутагенами (факторами, вызывающими мутации у организма) число вредных мутаций у человека возрастает. Ежегодно в мире появляются на свет 75 млн детей, из них около 1,5 млн рождаются с наследственными болезнями. С наследственностью связана предрасположенность к раку, туберкулезу. Известны серьезные дефекты нервной системы и психики (слабоумие, эпилепсия, шизофрения), крови (гемофилия, злокачественные анемии).
Прогрессивные ученые ставили перед евгеникой гуманные цели. Однако ее идеи нередко использовались для оправдания расизма (например, фашистская расовая теория). Расизм – это совокупность антинаучных концепций, основу которых составляют положения о физической и психической неравноценности человеческих рас и о решающем влиянии расовых различий на историю и культуру общества, об исконном разделении людей на высшие и низшие расы, из которых первые якобы являются единственными создателями цивилизации, призванными к господству, а вторые не способны к созданию и даже усвоению высокой культуры и обречены на эксплуатацию. Следовательно, потомки низших рас не могут достичь уровня развития высших.
Это дискредитировало не только евгенику как научную дисциплину, но и сам термин «евгеника». В современной науке многие проблемы евгеники, особенно борьба с наследственными заболеваниями, решаются в рамках генетики человека.