В чем вы видите перспективы биологии

Будущее биологии. Перспективы и проблемы развития

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 29 Февраля 2012 в 16:39, реферат

Описание

Слово биология происходит из греческих слов «bios», что означает «жизнь» и «logos», что переводится как «учение». Биология сформулирована как наука о жизни и живущих организмах.
Биологию как науку интересуют три проблемы: каковы механизмы происхождения жизни, ее изменчивости и эволюции. Все остальное охватывается этими тремя глобальными проблемами, и, чтобы ни исследовали, мы отвечаем на вопросы, обозначенные выше.

Содержание

Работа состоит из 1 файл

КСЕ.Будущее биологии.doc

Важное место в биологии занимают как теоретические, так и практические направления исследований, резкую границу между которыми трудно провести, т. к. любое теоретическое направление неизбежно связано (прямо или косвенно, данный момент или в будущем) с выходами в практику. Теоретически исследования делают возможными открытия, революционизирующие многие отрасли практической деятельности, они обеспечивают успешное развитие прикладных дисциплин, направленных на изучение промышленной микробиологии и технической биохимии, защиты растений, растениеводства и животноводства, охраны природы, дисциплин медико-биологический комплекс (паразитология, иммунология и т. д.). В свою очередь, отрасли прикладной биологии обогащают теорию новыми фактами и ставят перед ней задачи, определяемые потребностями общества. Из практически важных дисциплин быстро развиваются бионика (изучение технических приложений биологических закономерностей), космическая биология (изучение биологического действия факторов мирового пространства и проблем освоения космоса), астробиология или экзобиология (исследование жизни вне Земли). Изучением человека как продукта и объекта биологической эволюции занимается ряд биологических дисциплин — антропология, генетика и экология человека, медицинская генетика, психология, — тесно связанных с социальными науками.

Особо следует выделить несколько фундаментальных областей биологии исследующих наиболее общие, присущие всем живым существам закономерности и составляющих основу современной общей биологии:

1. наука об основных структурно-функциональных единицах организма — клетке, т. е. цитология;

2. наука о явлениях воспроизведения и преемственности морфо-физиологических организаций живых форм — генетика;

3. наука об онтогенезе — биология развития;

4. наука о законах исторического развития органического мира — эволюционная теория, а также физико-химической биологии (биохимия и биофизика);

5. физиология, изучающие функциональные проявления, обмен веществ и энергии в живых организмах.

Из приведённого далеко не полного перечня биологических дисциплин видно, как велико и сложно здание современной биологии и как прочно вместе с соседними науками, изучающими закономерности неживой природы, оно связано с практикой.

Отдельно хочется сказать о связи биологии и информатики.

Информатика и биология – активно развивающиеся науки 21 века. На стыке этих наук можно ожидать интересные и перспективные направления будущих исследований.

Совмещение этих двух перспективных наук дает широкие возможности для инноваций в различных областях.

Конечной целью предлагаемых исследований должен быть процесс эволюционного формирования логического мышления человека. Эта цель, несомненно, актуальна, так как сейчас идут активные работы по попыткам моделирования естественного и искусственного интеллекта. В частности, такие исследования непосредственно связаны с разработкой роботов, обладающих элементами интеллекта, работы.

Проблемы, возникающие перед этими науками, естественно встают и перед биологией.

3. Проблемы и перспективы развития биологии

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. Человечество, естественно, стремится взять под контроль самовоспроизведение биологических ресурсов, раскрыть механизмы энергетики клетки, синтеза биологических продуктов, фотосинтеза, азотфиксации и др. Все энергетические и синтетические процессы в клетке человек в ближайшее время попытается познать и некоторые из них превратить в промышленные биотехнологии.

Это, естественно, имеет прямое отношение к решению самых важных проблем человечества, а именно, проблем продовольственного потенциала планеты, экологии обитания человека, здоровья человека и, в перспективе, энергетики на основе биотехнологий. Остановимся на вышеперечисленных проблемах подробнее.

На первом месте закономерно стоит проблема создания достаточного продовольственного потенциала для растущей человеческой популяции. Естественно, что с этой проблемой тесно связана проблема демографическая. Прогнозы таковы: к 2025 г. население планеты 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. В этой демографической динамике важен фактор ее географического распределения: почти 70% прироста населения ожидается в развивающихся странах, т.е. там, где ситуация с продовольствием наиболее напряженная.

С учетом демографических прогнозов для обеспечения растущей человеческой популяции мы должны увеличивать продовольственный потенциал ежегодно в среднем на 2%. Возникает вопрос: за счет чего? Резерв пахотных земель почти исчерпан, предел урожайности по важнейшим культурам почти достигнут в результате интенсивной селекции, проводившейся в последние 100 лет. По этим двум параметрам оставшиеся резервы весьма незначительны и ни в коей мере не обеспечат темпы роста народонаселения. Значит, нужны новые подходы к решению продовольственной проблемы, которые могут появиться только на основе анализа достижений фундаментальной науки. Именно это и осуществляется сегодня в мире. Здесь мы остановимся только на одном из многих путей вывода технологий производства продовольствия на новый уровень. Так как в основе любой технологии производства в растениеводстве лежит сорт или гибрид и от уровня его продуктивности в огромной степени зависит конечный результат, мы и рассмотрим возможности создания новых форм растений. Естественно, чтобы удвоить в обозримом будущем объем производимого продовольствия, необходимо создать принципиально новые формы – с реконструированными геномами и более продуктивные, качественные и устойчивые.

Одним из основных направлений биотехнологии являются получение и многопрофильное использование трансгенных растений, т.е. форм, несущих в своем геноме встроенные геноинженерными методами чужие гены, нормально работающие в новом геноме. В геном растения встраиваются гены животных, человека, бактерий, других растений, которые нарабатывают новые продукты. Трансгенные растения и животные – формы с существенно реконструированными геномами. В будущем это направление будет одним из наиболее перспективных в плане значительного улучшения необходимых для селекции признаков.

Одна из наиболее значимых проблем современного естествознания – проблема биологии и генетики развития организма. До сих пор наиболее интригующей загадкой для исследователей являются механизмы, формирующие разные типы клеток, тканей, органов, т.е. отвечающие за дифференцирование систем организма, функционирующего в конечном итоге как единое целое. Но в основе любого организма, даже самого сложного, лежит одна клетка, последующие деления которой дают поразительное как по структуре, так и по функциям разнообразие клеток, органов и тканей. Многие исследователи занимаются этой проблемой, уделяя главное внимание генетическим аспектам дифференцирования. Появились гипотезы, накоплен интересный фактический материал. Однако похоже, что эта проблема столь сложна, что на ее решение уйдут многие годы. Результат ее решения – управление процессами развития может иметь чрезвычайно важное значение.

Следующим перспективным направлением развития современной биологии является изучение сложных физиолого-генетических функций организма. Для растений это – фотосинтез, азотфиксация и др., для животных – поведение, стресс-реактивность и др. Не нужно объяснять, что значит для растений фотосинтез. Клетки зеленых растений, некоторых водорослей и бактерий за счет энергии солнечного света способны синтезировать органические соединения: углеводы, жиры, белки, нуклеиновые кислоты и др. Именно через фотосинтез идет процесс самовоспроизведения значительной части биологических ресурсов. В настоящее время многие лаборатории мира изучают этот сложный процесс, расчленяют его на отдельные звенья, чтобы затем понять и воспроизвести эту сложную систему в целом. Особенно интенсивно изучается генетика фотосинтеза, уже известно около сотни генов, контролирующих отдельные звенья процесса.

Источник

Будущее биологии. Перспективы и проблемы развития

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Волгоградский Государственный Университет

Будущее биологии. Перспективы и проблемы развития

Выполнила студентка II курса

Фомченкова Ксения Константиновна

Проверил: Феськов Сергей Владимирович

Значение биологии как науки

Классификация биологических наук

Проблемы и перспективы развития биологии

Список использованной литературы

Слово биология происходит из греческих слов «bios», что означает «жизнь» и «logos», что переводится как «учение». Биология сформулирована как наука о жизни и живущих организмах.

Биологию как науку интересуют три проблемы: каковы механизмы происхождения жизни, ее изменчивости и эволюции. Все остальное охватывается этими тремя глобальными проблемами, и, чтобы ни исследовали, мы отвечаем на вопросы, обозначенные выше. И сегодня, несмотря на огромный объем знаний о молекулярных и генетических механизмах жизни, процессах изменчивости и развития, не можем полно ответить ни на один из поставленных вопросов. Наоборот, чем больше узнаем о жизни, тем больше возникает вопросов и сомнений в правильности, казалось бы, уже установившихся и считающихся неоспоримыми догм. Пока невозможно сформировать единую концепцию о происхождении жизни, появились существенные проблемы в дарвиновской теории эволюции, нет единого взгляда на механизмы изменчивости живых систем и их роль в эволюционном процессе.

В данной работе рассмотрены науки, тесно связанные с биологией, проблемы их развития, а также перспективы развития самой биологии.

Значение биологии как науки

В XXI в. население Земли настолько возросло, что развитие человеческого общества стало определяющим фактором развития биосферы Земли. К настоящему времени выяснилось, что живая природа не только источник пищи и множества необходимых продуктов и материалов, но и необходимое условие существования самого человечества. Наши связи с ней оказались гораздо более тесными и необходимыми, чем это считали еще в начале ХХ в.

Человечество не может существовать без живой природы. Отсюда жизненно необходимо сохранять ее в «рабочем состоянии». К сожалению, это не так просто сделать. В результате освоения человеком всей поверхности планеты, развития сельского хозяйства, промышленности, вырубки лесов, загрязнения материков и океанов все большее число видов растений, грибов, животных исчезает с лица Земли. Исчезнувший вид восстановить невозможно. Он является продуктом миллионов лет эволюции и обладает уникальным генофондом. В нашей стране один вид позвоночных животных исчезает в среднем за 3,5 года. Как изменить эту тенденцию и вернуться на эволюционно оправданный путь постоянного увеличения общей «суммы жизни», а не ее уменьшения? Эта проблема касается всего человечества, но решить ее без работы биологов невозможно.

В данный момент особенно быстро развиваются молекулярная биология, биотехнология и генетика. Недавно проведенный в Англии опрос общественного мнения показал, что из всех наук наибольшее впечатление на британцев произвели достижения генетики (более 50% опрошенных). Наибольшее беспокойство в связи с развитием науки также вызвала генетика. Все остальные науки заинтересовали менее 10% населения. На международной генетической конференции, посвященной 50-летию открытия двойной спирали ДНК, проходившей с 10 по 14 марта 2003 г. в английском городе Ньюкасл Апон Тайм, обсуждались проблемы биоэтики, ДНК-идентификации и т.п.

Классификация биологических наук

биология наука эволюция ботаника

Система биологических наук чрезвычайно многопланова, что обусловлено как многообразием проявлений жизни, так и разнообразием форм, методов и целей исследования живых объектов, изучением живого на разных уровнях его организации. Всё это определяет условность любой системы биологических наук. Одними из первых в биологии сложились науки:

В пределах зоологии:

· форму и строение организмов изучают морфологические дисциплины;

Можно выделить в биологии дисциплины, связанные с использованием определённых методов исследования, например биохимию, изучающую основные жизненные процессы химическими методами и подразделяемую на ряд разделов (биохимия животных, растений и т. п.), биофизику, вскрывающую значение физических закономерностей в процессах жизнедеятельности и также подразделяемую на ряд отраслей. Биохимические и биофизические направления исследований зачастую тесно переплетаются как между собой (в радиационной биохимии), так и с другими биологическими дисциплинами (в радиобиологии). Важное значение имеет биометрия, в основе которой лежат математическая обработка биологических данных с целью вскрытия зависимостей, ускользающих при описании единичных явлений и процессов, планирование эксперимента и др. Теоретическая и математическая биология позволяют, применяя логические построения и математические методы, устанавливать более общие биологические закономерности.

Особо следует выделить несколько фундаментальных областей биологии исследующих наиболее общие, присущие всем живым существам закономерности и составляющих основу современной общей биологии:

5. физиология, изучающие функциональные проявления, обмен веществ и энергии в живых организмах.

Из приведённого далеко не полного перечня биологических дисциплин видно, как велико и сложно здание современной биологии и как прочно вместе с соседними науками, изучающими закономерности неживой природы, оно связано с практикой.

Отдельно хочется сказать о связи биологии и информатики.

Совмещение этих двух перспективных наук дает широкие возможности для инноваций в различных областях.

Конечной целью предлагаемых исследований должен быть процесс эволюционного формирования логического мышления человека. Эта цель, несомненно, актуальна, так как сейчас идут активные работы по попыткам моделирования естественного и искусственного интеллекта. В частности, такие исследования непосредственно связаны с разработкой роботов, обладающих элементами интеллекта, работы.

Проблемы, возникающие перед этими науками, естественно встают и перед биологией.

Проблемы и перспективы развития биологии

Это, естественно, имеет прямое отношение к решению самых важных проблем человечества, а именно, проблем продовольственного потенциала планеты, экологии обитания человека, здоровья человека и, в перспективе, энергетики на основе биотехнологий. Остановимся на вышеперечисленных проблемах подробнее.

На первом месте закономерно стоит проблема создания достаточного продовольственного потенциала для растущей человеческой популяции. Естественно, что с этой проблемой тесно связана проблема демографическая. Прогнозы таковы: к 2025 г. население планеты 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. В этой демографической динамике важен фактор ее географического распределения: почти 70% прироста населения ожидается в развивающихся странах, т.е. там, где ситуация с продовольствием наиболее напряженная.

Результаты исследований биологов используются во многих областях знаний, прежде даже весьма далеких от биологии. Так, широко используется микробиология для получения новых высокоэффективных лекарственных соединений, для разработки рудных месторождений с помощью микроорганизмов.

В последние сто лет биология развивалась поистине поразительными темпами. За это время сформировались такие ее разделы, как цитология, генетика, теория эволюции, биохимия, биофизика, экология. Открытия в области химии, физики и других наук дали толчок развитию биологии, и наоборот.

Список использованной литературы

2. Журнал «Химия и жизнь», №7-8, 2003

3. Самыгин С.И. «Концепции современного естествознания», 2004

4. Стародубцев В.А. «Концепции современного естествознания», 2002

5. Шумный В.К. «Проблемы развития биологии в 21 веке» 2001

6. Энциклопедический словарь юного биолога. М.: Педагогика, 1986

7. Энциклопедия «Экология». М.: Аванта+, 2001

Источник

Универсальная вакцина, победа над слепотой и сексом: 10 главных надежд в области биологии

1. ПОБЕДА НАД РАКОМ:

геномное программирование Т-киллеров

Начался этот бум с двух публикаций пять лет назад. В журналах Science Translational Medicine и New England Journal of Medicine появились статьи о том, что в клинике при Университете Пенсильвании двое пациентов были полностью излечены от лейкемии при помощи совершенно нового вида вакцины.

В последние десятилетия врачи стремились создать вакцину от рака, которая заставила бы иммунитет находить и убивать именно те клетки, из которых состоит конкретная опухоль. Но пенсильванская группа исполнила сложный и эффективный трюк: забрав у пациентов клетки иммунитета, так называемые Т-лимфоциты, ученые перепрограммировали их in vitro (то есть искусственно, «в пробирке»), вводя генетическую инструкцию, обучающую находить и уничтожать раковые клетки.

Каждый такой лимфоцит, попав в организм пациента, начинал быстро делиться — в итоге в организме появлялось в 1000−10 000 раз больше «обученных» Т-лимфоцитов, чем исходно ввели; потомство одного такого лимфоцита убивало тысячу раковых клеток. После исчезновения опухолей число Т-лимфоцитов сокращалось, но в лимфоузлах все равно сохранялась их небольшая популяция. Ведь ровно так — и в этом главная красота метода — развиваются события и при инфекции: Т-лимфоциты учатся находить врага, размножаются, отражают атаку, а потом их число падает; и лишь где-то в лимфоузлах навсегда образуется небольшое поселение таких «специалистов», которые знают в лицо, например, штамм гриппа осени 1997 года — и готовы в любой момент снова создать нужную численность в ответ на вторжение. Это объясняет и стойкость ремиссии в пенсильванском исследовании: стоит раковым клеткам начать снова размножаться — обученные Т-лимфоциты их убивают.

Через три года газеты сообщали уже об 11 пациентах, и в прошлом году — о 122; теперь речь шла уже не только о лейкемии, но и о меланоме. Сейчас в университетах мира происходят клинические испытания этой совершенно новой группы методов практически для всех видов опухолей.

2. ПОБЕДА НАД ПРИРОДОЙ:

устойчивые к болезням ГМО-растения и животные

Начиная с 2006 года человечество производит достаточно еды, чтобы накормить всех; голод существует только из-за неравномерного распределения. Этот успех — результат «зеленой революции»: прорыва в селекции растений в середине ХХ века, в результате которого агроном Норман Борлоуг (лауреат Нобелевской премии мира) накормил всю планету. За девять лет до смерти, в 2000 году, нобелиат предупредил нас: возможности его метода исчерпаны. Новую пахоту уже взять негде, и кормить растущую армию ртов мы сможем, только используя генетические модификации существующих организмов — увеличивая их продуктивность и устойчивость к болезням.

Скажем, в Бангладеш баклажан является одной из ключевых культур; в этой тропической стране пропавший урожай баклажана — постоянный риск голода и смертей. В 2012 году страна разрешила и массово плантировала ГМО-сорт «бринджаль»: у этого баклажана есть гены микроба Bacillus thuringiensis, который дав но и широко используется для опрыскивания растений. Теперь баклажан отпугивает вредителей сам, без посторонней помощи.

Прогресс неудержим, вопрос только в том, какие страны будут иметь к нему доступ, а какие нет.

3. ПОБЕДА НАД СЛЕПОТОЙ:

развитие оптогенетики

Уже сегодня ученые в США прокалывают слепым людям глаза длинными тонкими иглами и заражают их неработающую сетчатку безвредным вирусом. Вирус внедряет в клетки сетчатки гены крошечных водорослей, всегда плывущих в море на свет. Глаз такого пациента станет химерой: в нем будут ДНК двух существ — водоросли и человека. И тогда человек снова увидит свет.

Дело в том, что при попадании на поверхность водоросли кванта света особые молекулярные машины (они называются опсиновыми светочувствительными каналами) запускают электрохимическую активность всей клетки, у водоросли начинает биться жгутик, как винт у моторной лодки, и водоросль плывет активнее.

Около десяти лет назад Карл Дейссерот из Стэнфорда подметил это сходство. Ему пришло в голову: если синженерить нейроны, например, мышам, а именно внедрить в их ДНК один из генов светочувствительных каналов (ген ChR2), то на поверхности у таких нейронов появятся эти самые опсиновые каналы. Если у такой мыши в черепе проделать дырку, то можно будет светить в нее голубым фонариком (именно в этой части спектра у ChR2 пик чувствительности), и нейроны начнут срабатывать — будто водоросли.

Появилось новое слово: «оптогенетика». И шквально появились десятки новых идей. Ген ChR2 научились внедрять в конкретные нейроны и нейронные сети. Так что, включая свет, стало легко управлять мозгом: удалось впечатать мышам ложные воспоминания, вылечить их от кокаиновой зависимости, остановить тремор у мышей с Паркинсоном.

Уже научились включать при помощи оптогенетики не только нейроны, но и некоторые другие клетки: в сердечной мышце, рецепторы в коже; и не просто включать — а запускать в них при помощи луча света работу конкретных генов. Такая вот волшебная палочка, световая указка.

4. ПОБЕДА НАД СТАРОСТЬЮ:

искусственное удлинение теломер

В 2016 году впервые удалось подредактировать живому человеку кончики хромосом, которые имеют прямое отношение к продолжительности жизни. Речь идет о восстановлении теломер — технических отрезков хромосом, на которых не записаны значимые гены: за них держатся особые манипуляторы, которые растаскивают копии хромосом при делении клетки надвое. При каждом клеточном делении эти теломеры укорачиваются, но особые гены отвечают за их подновление (которое чуть-чуть отстает от укорачивания, так что наши биологические часы тикают, увы, по направлению к могиле). В старости подновление притормаживается еще больше, так что подрезаться могут уже смысловые участки хромосом; считается, что это повышает риск рака и ускоряет старение тканей и органов. В прошлом году главе фирмы BioViva по имени Элизабет Пэрриш, у которой в 44 года обнаружили ускоренное старение, при помощи модифицированного вируса вживили дополнительные гены, отвечающие за латание теломер. Маркетинговый ход, и успешный: в 2016-м женщина попала на страницы газет с новостью о том, что ее теломеры выросли примерно на тысячу «букв» каждая, что соответствует примерно двадцати годам «омоложения».

Источник