Дипломная работа: Цивилизация богов. Прогноз развития науки и техники в 21-м столетии

Сотни научных учреждений химического и физического профиля во всем мире начали планово заниматься расчетом поверхностей потенциальной энергии химических и биохимических соединений, а также взаимодействием уже рассчитанных поверхностей потенциальной энергии между собой. Шаг за шагом древние науки химия и биология совместно с новейшей наукой генетикой все больше свои натурные исследования и эксперименты смещали в область компьютерного моделирования и конструирования. Ожидалось, что именно универсальные методы компьютерного моделирования свойств и строения вещества в ближайшем будущем объединят в единую интегральную науку сегодняшние химию, генетику и биологию.

К средине третьего десятилетия впечатляющего уровня развития достигла генная инженерия, особенно в области конструирования новых генов, не существующих в земной биосфере. В своей работе генные инженеры руководствовались традиционным подходом использования генов и целостных генетических структур растительных и животных организмов для генетической модификации другого организма. Если объяснить эти технологии максимально упрощенно, можно было сказать, что человек пытался перетасовывать гены, взятые из генофонда земной биосферы по-своему, для получения желаемого результата. На практике этот процесс не происходил случайным образом, наоборот он осуществлялся под строжайшим контролем, с существенными ограничениями, налагаемыми на цели и способы исполнения. Отрасли промышленности, основанные на достижениях генной инженерии, уверенно занимали четвертое месте в мире по объему производимых товаров. Их опережали только энергетика, добывающая промышленность и производство компьютеров и программного обеспечения.

За неполных пятьдесят лет, прошедших с момента становления генной инженерии как прикладной науки, ее результаты значительно повлияли на развитие сельского хозяйства, медицины, химической промышленности, энергетики, экологии и другие области человеческой деятельности. Например, оптимизированные сельскохозяйственные растения, которые в последние годы получили распространение во всем мире, имели урожайность в среднем в три раза выше самых лучших традиционных сортов. Такие растения обладали наследуемыми устойчивыми признаками и не подвергались самопроизвольным мутациям. По сути, на практике были реализованы преимущества эталонных растительных организмов, важнейших для человека видов. Дальнейшее улучшение полезных признаков у эталонных растений также осуществлялось методами генной инженерии, путем внедрения в эталонный наследственный материал генов, взятых от других растений. Подобные улучшенные сорта, сохранив высокую урожайность, приобретали новые полезные качества. Самыми существенными из них являлись устойчивость к засухе и заморозкам, способность самостоятельно бороться с различными вредителями, малая потребность в минеральных удобрениях, возможность выращивания на одном растении нескольких полезных продуктов, неприхотливость к выполнению правил агрокультуры, быстрый распад растительных тканей после сбора урожая.

Столь существенные достижения привели к распространению по всей планете высокоурожайных и устойчивых сортов полезных растений, что в принципе ликвидировало угрозу голода для населения развивающихся стран. Негативным следствием этого процесса стало то, что без работы и доходов осталось множество фермеров в таких странах как США, Канада и страны объединенной Европы. С прогрессом бесполезно бороться, его невозможно остановить, поэтому многочисленные попытки возмущенных фермеров ограничить распространение новых сортов смогли лишь ненадолго отодвинуть процесс банкротства фермерских хозяйств во всех странах мира.

Достижения генной инженерии в животноводстве были впечатляющими, хотя и не столь революционными, как в случае с сельскохозяйственными растениями. Далеко не для всех видов полезных животных был к этому времени определен эталонный геном. Улучшение многих видов сельскохозяйственных животных осуществлялось путем внедрения в их наследственный материал хорошо изученных генов других организмов, с последующим наследованием полезных признаков. Большое количество ошибок и неудачных опытов существенно сдерживали быстрое продвижение в этом направлении. Общественное мнение, настороженно наблюдая за трансгенными операциями на животных, с ужасом представляло применение подобных технологий для создания мутантов-людей, так что ученые, работающие в данном направлении, отнюдь не продвигались на зеленый свет. Однако же, даже осторожные эксперименты, учитывающие возможное общественное недовольство, привели к появлению улучшенных видов сельскохозяйственных животных, с показателями в два раза лучшими, чем у традиционных видов животных в начале века. Такие улучшенные животные нуждались в меньшем количестве пищи, значительно реже болели, давали высокие привесы, приросты и надои, быстрее росли. К тому же они были похожими на тех домашних животных, которых мы и наши предки видели последние несколько тысяч лет. Этот фактор являлся очень важным и благоприятным для дальнейшего применения генной инженерии в животноводстве, поскольку появление животных непривычного внешнего вида привело бы к возмущениям общественного мнения.

Достижения генной инженерии в совокупности с технологиями компьютерного конструирования веществ с заданными свойствами совершили переворот в фармацевтике. За прошедшие годы нового века мировая лекарственная база претерпела фундаментальные изменения. Около девяноста процентов применявшихся в начале века лекарственных препаратов были заменены более эффективными, более естественными для человеческого организма лекарствами, не имеющими побочных эффектов. Большая часть этих новых лекарственных препаратов синтезировалась не прежними методами в лабораторных и промышленных реакторах, а в живых биологических реакторах. В качестве таких биологических реакторов для производства медицинских препаратов, особенно белков, гормонов, ферментов и многих других веществ, использовались трансгенные животные и растения. Необходимые для людей лекарственные препараты являлись теперь продуктами жизнедеятельности трансгенных животных и растений, либо продуктами дальнейшей переработки сырья, получаемого из них. Не остались в стороне и традиционно используемые в фармацевтике микроорганизмы. Сотни видов трансгенных микроорганизмов, дрожжей, грибов трудились на благо человека в фармацевтических и производящих продукты питания компаниях. Во многих случаях конкретный штамм микроорганизмов в процессе жизнедеятельности продуцировал готовые лекарственные препараты, которые после доочистки и стерилизации можно было использовать непосредственно для лечения и профилактики болезней.

Количество видов трансгенных млекопитающих, задействованных в производстве фармацевтического сырья и препаратов, было велико. С их помощью производилась значительная часть современных лекарственных препаратов. Однако биологический синтез многих лекарственных препаратов не мог быть осуществлен в биологических реакторах, в качестве которых выступали трансгенные млекопитающие. Необходимые для медицины и фармацевтики биологические яды и токсины приходилось получать, используя в качестве биологических реакторов экзотические виды змей, рыб, моллюсков и других видов животных. Достойное место в ряду продуцентов лекарственных препаратов заняли также улучшенные виды насекомых.

Что касается химической промышленности, то за последние годы было разработано около десятка эффективных технологий получения химических продуктов на основе низкоэнергетических биокаталитических реакций. Новые технологии работали в условиях реальных земных температур и давлений с минимальным расходованием энергоресурсов. Достижением генной инженерии являлось то, что биологические катализаторы, применяемые в этих технологиях, вырабатывались трансгенными микроорганизмами, дрожжами, грибами, морскими организмами в промышленных количествах. Новые технологии способствовали дроблению огромных, угнетающих природу химических предприятий, на небольшие, дружественные окружающей среде производства, использующие биологические катализаторы.

На энергетику со стороны генетики также было оказано существенное влияние. Созданные методами генной инженерии микроорганизмы, способные осуществлять биокаталитическое разложение воды позволили начать производство молекулярного водорода для потребностей промышленности и быта. Водородная энергетика, вооруженная экологически чистым способом добычи основного сырья, уверенно начала теснить традиционную энергетику, основанную на сжигании природных невозобновляемых ресурсов. Еще одним фактором влияния на энергетику стало использование искусственных микроорганизмов для разработки обедненных и труднодоступных месторождений нефти, угля и сланцев, путем биологического извлечения из них горючих газов.

В вопросах экологии и защиты окружающей среды достижения генной инженерии также привели к значительному прогрессу. Если говорить обобщенно, то любое использование наработок этой прикладной науки сопровождалось снижением экологической нагрузки на планету. В основном благодаря массовому применению биотехнологий в химической и фармацевтической отраслях промышленности, впервые за последние два века показатели давления цивилизации на окружающую среду стабилизировались, а по некоторым позициям снизились, несмотря на увеличение населения планеты и увеличение потребностей человечества. Иными словами, наметилась стойкая тенденция излечения планеты Земля от хронического заболевания, носящего название экологическое загрязнение.

Биотехнологии, уверенно взяв старт, начали исполнять свое основное предназначение по переводу обслуживающих цивилизацию производств и технологий на безотходную основу. Идеальным конечным результатом этого процесса в близком будущем виделась замена всех существующих технологий на биологические технологии. Конечно, возможность полного перевода на биотехнологии всего мирового хозяйства казалась нереальной, однако практика их применения часто опережала самые смелые фантазии. Такие отрасли промышленности, как металлургия черных и цветных металлов, производство строительных материалов, добыча полезных ископаемых, традиционная энергетика, производство станков и оборудования, на первый взгляд имели весьма отдаленное отношение к биотехнологиям. Но при более пристальном рассмотрении становилось ясным, что добыча полезных ископаемых, извлечение чистых металлов ни что иное, как типичная функция трансгенных микроорганизмов, уже практически реализуемая в некоторых процессах извлечения полезных ископаемых. Производство экологически чистых строительных материалов может осуществляться, как микроорганизмами, так и искусственными организмами более высокой степени организации. Что касается перспектив применения биотехнологий в энергетике, то к этому времени уже были получены обнадеживающие результаты исследований, направленных на создание модифицированных трансгенных микроорганизмов и генерирующих биологических тканей, использующих энергию фотосинтеза, хемосинтеза и тепла окружающей среды для непосредственного производства биологического электричества.

Потребность в станках и оборудовании во многих отраслях промышленности при широком внедрении биотехнологий будет уменьшаться, либо вообще отпадет, как это произошло в фармацевтике при переходе от промышленных методов синтеза лекарственных препаратов к синтезу в биологических реакторах, или живых организмах.

Конечно, построить гиперзвуковой летательный аппарат на основе одних биотехнологий вряд ли получиться. Но вот получить необходимые для этого конструкционные материалы вполне возможно. Технологии получения сверхчистых металлов, равно как и технологии направленной кристаллизации в многокомпонентных расплавах и растворах, вполне могут быть заменены селективными биотехнологиями извлечения сверхчистых металлов из природных и искусственных сред и биокаталитическими технологиями создания материалов с заданными свойствами. Однако природа не терпит односторонних подходов, и в своем творчестве использует самые разнообразные методы и способы воздействия на материю, и это правило взял на вооружение человек.

Если взглянуть на первооснову, благодаря которой стало возможным широчайшее применение биотехнологий, то такой первоосновой являлись уникальные и разнообразные свойства белковых молекул, астрономическое число их возможных структурных форм. Главным достоинством белковых молекул является то, что с их помощью можно контролировать и управлять ходом едва ли не всех возможных химических реакций. При этом в среде характеризуемой стабильными параметрами температуры, давления, и концентраций могут одновременно осуществляться различные химические реакции с участием белковых молекул. Прямым доказательством значимости белковых молекул является факт существования белковой жизни на нашей планете. Форма существования белковых тел, базирующаяся на фундаменте из двадцати аминокислот, представляет собой совокупность устойчивых логических связей, реализованных в виде повторяющихся биохимических реакций с участием белковых молекул. Всего двадцать различных аминокислот и миллионы различных белковых молекул, каждая из которых уникальна по своему строению и функциям.

Природа использовала для создания жизни на Земле всего двадцать аминокислот, не задействовав при этом несколько сотен других существующих аминокислот. Этого оказалось вполне достаточно для сотворения всего окружающего нас разнообразия белковой жизни. Можно представить себе масштабы и возможности творчества, открывающиеся перед учеными в случае использования других аминокислот для конструирования и создания новых организмов. Даже не стоит упоминать о тысячах других классов химических соединений, многие из которых представлены тысячами различных молекул, и на базе которых вполне могут быть построены специализированные химические соединения, способные объединяться в самовоспроизводящиеся системы.

Именно вера в неограниченные возможности белковых молекул, овладевшая умами ученых и философов, привела к возникновению очередного бума в изучении генов и белков биосферы нашей планеты. Не последнее место в этом процессе занимали финансисты и промышленники. И те, и другие, одни в ожидании прибылей от вложения капитала, другие в ожидании революционных, прорывных технологий, инвестировали огромные суммы в исследования, связанные с поиском и конструированием функциональных белков. В рамках этого процесса происходило массовое изучение генетических текстов экзотических и редких животных и растений, а также палеоорганизмов, с целью последующего сравнительного анализа и нахождения перспективных различий для практического применения.

В свою очередь биологи и биохимики обратили пристальное внимание на механизмы функционирования нестандартных, уникальных и выдающихся биологических объектов в биосфере Земли. Особенный интерес представляли метаболические процессы, свойственные живым организмам, существующим в экстремальных условиях. Жизнедеятельность таких организмов осуществлялась в условиях повышенного давления окружающей среды, высокого уровня радиоактивного излучения, при высоких концентрациях тяжелых металлов и высоких температурах. В борьбе за расширение своего ареала обитания, многие виды организмов в процессе эволюции заняли такие ниши, которые согласно нашим представлениям о возможностях белковой жизни должны быть необитаемыми. Например, существование белковых организмов при температуре около трехсот градусов по Цельсию и давлении более трехсот атмосфер, в среде, насыщенной водными растворами химически агрессивных и ядовитых соединений, вблизи вулканических разломов на дне океана являлось ярким примером неограниченных возможностей белковых организмов.

Отдельным направлением биологических исследований стали поиски оригинального генетического материала и специфических биохимических реакций. Самые интересные и перспективные находки совершались при изучении представителей экстремальных сред обитания, экзотических и реликтовых организмов. Они несли в своем наследственном материале память о механизмах функционирования в сложных неблагоприятных условиях древней Земли. Повышенный интерес ученые стали проявлять и по отношению к древнему человеку. Несмотря на серьезный уровень исследований генома человека, явно недостаточное внимание было уделено изучению эволюционных предков человека, людей с яркими аномалиями, представителей исчезающих народностей и племен, что являлось упущением и требовало немедленного исправления. Вновь проводимые исследования, касающиеся ранее неизученного наследственного материала, пополняли базу данных, используемую в технологиях генной инженерии и при разработке биотехнологий.

Исследование генома человека изначально регламентировалось строгими нормами международного права, полученные результаты являлись достоянием всего человечества, и были доступны для ознакомления учеными разных стран. А вот результаты научных исследований генетического и цитологического материала животных и растительных организмов, как правило, являлись собственностью учреждений, организаций и частных исследователей. Диспуты и обсуждения на тему, являются ли такие знания достоянием всего мирового сообщества или собственностью научных организаций и частных лиц, велись уже давно, но без особого результата. Развитые государства, в которых в основном реализовывались программы научных исследований, не были заинтересованы в потере контроля над перспективными разработками, который был напрямую связан с контролем над гражданами и юридическими лицами своей страны, занимающимися научными исследованиями. Подобный контроль прямой или опосредованный всегда существовал. Для государства предпочтительным являлось монопольное владение высокими технологиями. Что касается частных исследовательских организаций и исследователей, то их позиция была еще откровеннее и жестче, поскольку затрагивала такие категории как личное благосостояние, интеллектуальное право, право на самореализацию, коммерческий риск и прочее. Поэтому многочисленные попытки многих стран и организаций, направленные на подписание соглашения о добровольной передаче исследовательской информации в общедоступную базу данных, постоянно проваливались.

Качественный прорыв в знаниях и технологиях, произошедший в последние тридцать лет, позволил приступить к решению тех задач, которые еще вчера казались делом далекого будущего. Наиболее важной для человечества являлась задача улучшения человеческого организма. Все традиционные действия медицинского характера, которые осуществлялись в отношении человеческого организма ранее, были основаны на принципах помощи и ремонта, то есть носили вспомогательный характер, и не приводили к вечному, не ограниченному временем функционированию организма человека. Тем более всерьез никогда не рассматривался вопрос о наследовании таких искусственных улучшений, поскольку подобный вопрос считался преждевременным и технически невыполнимым.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7