В современной биологии существуют три-четыре фундаментальных проблемы, решение которых может привести к революции в естествознании и в жизни человечества в целом. Это происхождение жизни, эволюция живых организмов, взаимоотношения биосферы и человечества, здоровье человека и некоторые другие. Несмотря на огромный объем знаний о молекулярных и генетических механизмах жизни, мы не можем полно ответить ни на один из поставленных вопросов. Наоборот, чем больше мы узнаем о жизни, тем больше возникает вопросов и сомнений в правильности, казалось бы, незыблемых догм. И в этом нет ничего парадоксального – такова логика развития естествознания.
Происхождение жизни — одна из важнейших проблем биологии. Её не снимает маловероятное предположение о занесении жизни на Землю из других миров (теория панспермии). Необходимо выяснить, в каких условиях зарождалась жизнь на Земле, и попытаться моделировать процессы, которые при этом могли происходить, реконструируя экспериментально последовательные этапы возникновения жизни.
Так, на основании данных о физическом и химическом состоянии атмосферы и поверхности Земли в ту эпоху получены теоретические и экспериментальные доказательства возможности синтеза в первичном океане аминокислот и мононуклеотидов, установлена принципиальная возможность их полимеризации в короткие цепочки — пептиды и олигонуклеотиды. Однако следующий этап происхождения жизни пока не изучен.
Естественный отбор может играть роль в эволюции только по отношению к саморазмножающимся структурам, способным хранить и многократно воспроизводить содержащуюся в них информацию. Этим требованиям удовлетворяют только нуклеиновые кислоты (преимущественно ДНК), способные к репликации. Самокопирование других химических соединений пока неизвестно. Основная трудность теории, т. о., состоит в том, что для удвоения нуклеиновых кислот нужны ферменты, а для создания белков нужны нуклеиновые кислоты.
|
|
Как только появляется пробионт (первичная саморазмножающаяся систем), начинают действовать уже открытые Дарвином принципы. Поскольку существуют пробелы в теории возникновения жизни на Земле, трудно оценить вероятность возникновения жизни во внеземных условиях. Исходя из астрономических данных о множественности планетных систем во Вселенной и из достаточно высокой вероятности возникновения условий, совместимых с жизнью, многие учёные допускают множественное возникновение жизни. Однако существует и иная точка зрения, что земная жизнь чрезвычайно редкое, практически уникальное явление в обозримом участке окружающей нас части Галактики.
Теория эволюции. Почти за 150 лет, прошедших со времени появления книги Ч. Дарвина «Происхождение видов...», огромная сумма фактов подтвердила принципиальную правильность построенного им эволюционного учения. На основе дарвинизма и генетики создана синтетическая теория эволюции. Однако на многие важные вопросы ещё нет ответов. Популяция считается элементарной единицей эволюционного процесса, а мутационный процесс, изоляция, волны численности, естественный отбор рассматриваются как основные эволюционные факторы. Однако неясно, действуют ли только эти факторы на макроэволюционном уровне, т. е. «выше» видообразования, или в возникновении крупных групп организмов (родов, семейств, отрядов и т.д.) участвуют иные, пока неизвестные факторы и механизмы.
|
|
Возможно, что все макроэволюционные явления сводятся к изменению на внутривидовом уровне, а может быть существуют некие специфические факторы макроэволюции. В пользу этого говорит то, что иногда наблюдается как бы направленное развитие групп, что, возможно, зависит от существования «запретов», накладываемых строением и генетической конституцией организма.
Другие нерешённые проблемы: творческая роль естественного отбора, прогрессивный характер исторического развития и др.
Биосфера и человечество. Проблема состоит в том, что биосфера Земли имеет недостаточную продуктивность, чтобы обеспечить продовольствием и кислородом растущее население земного шара. Прогнозы таковы: к 2025 г. население Земли составит 8,3 млрд человек, затем наступит стабилизационный период, и к концу ХХI в. ожидается 11 млрд человек, т.е. почти удвоение популяции по сравнению с сегодняшним днем. При этом почти 70% прироста населения ожидается в развивающихся странах, т.е. там, где ситуация с продовольствием наиболее напряженная. Т.е. через 100 лет при сохранении современных способов ведения земного хозяйства и тех же темпах роста численности человечества почти половине людей не хватит не только пищи и воды, но и кислорода для дыхания.
Вот почему в короткий срок, за время жизни 2—3 поколений людей необходимо, во-первых, организовать строгую охрану природы и ограничивать в разумных пределах многие промыслы и прежде всего истребление лесов; во-вторых, приступить к обширным мероприятиям, направленным на резкое повышение биологической производительности земной биосферы и интенсификацию биологических круговоротов. Биосфера Земли не только снабжает человечество пищей и органическим сырьём, но и поддерживает в равновесном состоянии газовый состав атмосферы, растворы природных вод и круговорот воды на Земле. Поэтому ущерб, наносимый человеком работе биосферы, не только снижает продукцию органического вещества на Земле, но и нарушает химическое равновесие в атмосфере и природных водах.
|
|
Все преобразовательные мероприятия, которые человек должен проводить в биосфере, невозможны без знания биоразнообразия живых организмов и их взаимоотношений, что предполагает необходимость инвентаризации животных, растений и микроорганизмов в разных районах Земли, ещё далеко не завершенной, и глубокого изучения проблем экологии.
Здоровье человека. Эта сложнейшая и традиционная проблема биологии включает изучение причин возникновения и механизмов патогенеза, а также разработку принципиально новых подходов к лечению и профилактике различных заболеваний: соматических и психических, инфекционных и наследственных, сердечно - сосудистых и онкологических и др. Совершенно очевидно, что без помощи молекулярной биологии и генетики невозможно создать лекарство от рака, увеличить продолжительность жизни и т.д. Старение так же является современной проблемой в биологии, в частности некоторые ученые называют эту проблему «одной из величайших нерешённых проблем в науке».
Наряду с этими проблемами существуют не столь глобальные, но также весьма важные частные проблемы, в том числе: изучения механизмов индивидуального развития, фотосинтеза и азотфиксации, устранения продовольственного дефицита, создания энергетики на основе биотехнологий и др.
Человечеству дан единственный воспроизводящийся ресурс – биологический. Все остальные ресурсы исчерпаемы. Именно поэтому приоритеты в науке на следующее тысячелетие постепенно смещаются в пользу наук о жизни, поэтому ХХI век будет веком биологии.