Реферат на тему «Практическое значение биологии»

Введение

В 1928 году шотландский бактериолог Александр Флеминг вернулся из отпуска в свою лабораторию в лондонской больнице Святой Марии и обнаружил, что одна из чашек с культурой стафилококка заросла плесенью. Вокруг пятна плесени бактерии погибли. Флеминг не выбросил чашку, а стал разбираться, что произошло, и так был открыт пенициллин, первый антибиотик, который через полтора десятилетия начал спасать миллионы жизней. Плесень оказалась грибом рода Penicillium, а случайная грязь в чашке Петри вошла в историю медицины.

Биологию в школе нередко воспринимают как науку описательную: строение клетки, классификация растений, системы органов человека. Между тем почти всё, что окружает нас в повседневной жизни, так или иначе связано с её достижениями. Хлеб на столе выпечен из пшеницы сортов, выведенных селекционерами, йогурт сделан с помощью молочнокислых бактерий, прививки от кори и полиомиелита разработаны иммунологами, а инсулин для больных диабетом сегодня производят генно-инженерные микроорганизмы.

Практическое значение биологии растёт и в наши дни. Рост населения Земли требует всё больше продовольствия, устойчивость бактерий к антибиотикам заставляет искать новые лекарства, а изменения климата и загрязнение среды ставят задачи, которые невозможно решить без знания о том, как живут организмы и экосистемы. Неслучайно многие крупные научные программы последних лет, от расшифровки генома человека до создания вакцин нового типа, по своей сути биологические.

В первой главе рассмотрено значение биологии для медицины, сельского хозяйства и промышленности, во второй главе её роль в охране природы и в решении глобальных проблем человечества. В основу положены школьный и вузовский учебники общей биологии, работы Н. И. Вавилова, статья А. Флеминга об открытии пенициллина и справочные данные Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН.

Глава 1. Биология в медицине, сельском хозяйстве и промышленности

1.1 Биология и медицина

Медицина опирается на биологию с самого начала: чтобы лечить болезнь, нужно знать, как устроен и работает здоровый организм. Анатомия и физиология человека дают врачу представление о норме, а микробиология и вирусология объясняют, что вызывает инфекционные болезни. Ещё в XIX веке причины большинства эпидемий оставались загадкой, и только работы Луи Пастера и Роберта Коха доказали, что холеру, туберкулёз и сибирскую язву вызывают определённые микроорганизмы.

Одно из первых практических применений этого знания связано с прививками. В 1796 году английский врач Эдвард Дженнер заметил, что доярки, переболевшие лёгкой коровьей оспой, не заражаются натуральной, и привил коровью оспу мальчику Джеймсу Фиппсу. Метод вакцинации, само название которого происходит от латинского vacca, корова, позволил в XX веке полностью победить натуральную оспу: последний естественный случай болезни был зарегистрирован в 1977 году в Сомали.

Антибиотики стали следующим переворотом. Флеминг описал действие пенициллина в 1929 году, но выделить вещество в чистом виде и наладить его производство удалось лишь в 1940-х годах Говарду Флори и Эрнсту Чейну. С тех пор пневмония, сепсис и заражение ран перестали быть почти неизбежно смертельными, а Флеминг, Флори и Чейн в 1945 году получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине.

Уже в своей нобелевской лекции Флеминг предупреждал, что бактерии могут привыкнуть к пенициллину, если принимать его неправильно, слишком малыми дозами или слишком коротким курсом. Его опасения подтвердились: сегодня устойчивость микробов к антибиотикам Всемирная организация здравоохранения относит к главным угрозам для здоровья людей. Биологи ищут выход в разных направлениях, от поиска новых антибиотиков в почвенных бактериях до использования вирусов-бактериофагов, которые поражают только определённые виды микробов.

Таблица 1 — Разделы биологии и их практическое применение

Медицина в таблице занимает только две строки из шести. Остальные относятся к полю и ферме, к заводу и конструкторскому бюро, и примеры оттуда менее известны, хотя касаются каждого человека не реже, чем лекарства.

1.2 Биология и сельское хозяйство

Земледелие появилось около десяти тысяч лет назад, и всё это время люди отбирали для посева лучшие семена и тем самым, сами того не подозревая, занимались селекцией. Научной основой селекции стала генетика, начало которой положили опыты Грегора Менделя с горохом, опубликованные в 1866 году и заново открытые в 1900 году. Когда стало понятно, как наследуются признаки, селекционеры смогли целенаправленно скрещивать растения и животных, получая сорта и породы с нужными свойствами.

В нашей стране главную роль в этом сыграл Николай Иванович Вавилов. В 1920-е годы он организовал десятки экспедиций по всему миру, собрал крупнейшую в мире коллекцию семян культурных растений и в 1926 году опубликовал учение о центрах происхождения культурных растений. Коллекция, которая хранится в Санкт-Петербурге во Всероссийском институте генетических ресурсов растений, носящем имя Вавилова, до сих пор служит основой для выведения новых сортов.

Самым известным примером того, что дала селекция миру, служит «зелёная революция» середины XX века. Американский агроном Норман Борлоуг вывел низкорослые сорта пшеницы, устойчивые к полеганию и болезням, и благодаря им урожайность в Мексике, Индии и Пакистане за короткий срок выросла в разы. В 1970 году Борлоуг получил Нобелевскую премию мира, а изменение средней мировой урожайности пшеницы за последние шестьдесят лет показано на рисунке 1.

Из рисунка видно, что средняя урожайность пшеницы в мире с начала 1960-х годов выросла более чем втрое. Конечно, свою роль здесь сыграли удобрения, орошение и техника, но без новых сортов эти меры не дали бы такого эффекта: старые высокорослые сорта при обильном удобрении просто ложились от тяжести колоса. Именно поэтому рост урожайности считают одним из самых наглядных результатов практического применения генетики.

1.3 Биотехнологии и промышленность

Многие продукты, которые мы едим каждый день, делают с помощью микроорганизмов. Дрожжи заставляют подниматься тесто и сбраживают сусло при производстве кваса, молочнокислые бактерии превращают молоко в кефир, йогурт и сыр, а плесневые грибы участвуют в созревании некоторых сыров. Люди пользовались этими процессами тысячи лет, но только благодаря микробиологии научились управлять ими и получать продукт стабильного качества.

В XX веке появились биотехнологии нового уровня. В 1970-е годы учёные научились переносить гены из одного организма в другой, и в 1982 году в США был одобрен первый лекарственный препарат, полученный методом генной инженерии, человеческий инсулин, который вырабатывает кишечная палочка со встроенным человеческим геном. До этого инсулин получали из поджелудочной железы свиней и коров, и его постоянно не хватало.

Менее заметно, но не менее широко биотехнологии используются в быту. Ферменты, которые расщепляют белковые и жировые пятна, добавляют в стиральные порошки, и благодаря им бельё отстирывается при сорока градусах, а не при кипячении. Ферменты применяют и при производстве соков, чтобы они были прозрачными, и в хлебопечении, и даже при выделке кожи, и получают их в основном из специально выращенных культур бактерий и грибов.

Наконец, у биологии есть особая отрасль, бионика, которая заимствует у живой природы технические решения. Самый известный пример связан со швейцарским инженером Жоржем де Местралем: после прогулки с собакой он рассмотрел под микроскопом колючки репейника, прицепившиеся к шерсти, и по их образцу придумал застёжку-липучку, запатентованную в 1950-х годах. Похожим образом форма крыла птицы подсказала решения авиаконструкторам, а строение кожи акулы помогло создать покрытия, снижающие сопротивление воды.