Технологическое значение биологии

Биология имеет и большоепрактическое значение. Человечество вступило в новую технологическую эпоху – эпоху биотехнологии, т.е. производства продуктов потребления на основе контролируемых и управляемых биологических процессов.

В технологическом смысле биология, прежде всего, является научной основой производства продовольствия. Возможности экстенсивного (за счет расширения площадей) воспроизводства продуктов питания на Зем­ле практически исчерпаны. Целинные земли России и Казахстана, освоенные в 50-е и 60-е годы XX столетия, явились чуть ли не послед­ними резервами пахотных земель. Огромные площади ежегодно выво­дя­тся из сельскохозяйственного использования в результате их засо­ления, опустынивания, превращения в дно искусственных водоемов при строительстве гидроэлектростанций. По этим причинам совре­мен­ное сельское хозяйство должно развиваться на основе интенсивных технологий, т. е. с повышением отдачи от каждой биологической единицы. Простое возделывание пшеницы или овощей, выращивание скота или птицы требуют знания условий и динамики их размножения и рос­та, особенностей минерального и органического питания, совмес­тимости с другими культурами, отношения к сорнякам, паразитам, бакте­­риям и вирусам, которыми буквально кишит наша общая среда оби­­тания.

Большие задачи стоят перед биологией в плане развития марикультуры. Морские “огороды” и питомники используются давно, но продуктивность и уровень технологичности морских плантаций по­ка заметно отстают от сельскохозяйственного про­изводства. В России наиболее перспективными в плане развития марикультуры являются дальневосточные моря.

Особое значение на рубеже XX и XXI веков приобрели методы генетических модификаций и селекции объектов сельскохозяй­ственного производства. Выведение пород животных и сортов растений с максимальной продуктивностью, приспособленных к конкретным местным условиям, – давняя практика. Но современная селекция не мо­жет базироваться на основе проб и ошибок, она использует точные, математизированные законы генетики. В процветающих фермерских хозяйствах США и других развитых стран селекционно-генетическая работа столь же обычна и обязательна, как и ежедневная уборка коров­ника или прополка грядок. Генетик здесь – одна из востребованных профессий.

В последние годы быстрыми темпами развиваются биотехнологии, основанные на генной и клеточной инженерии, клонировании, получе­нии трансгенных (с пересаженными генами), генетически модифицированных (GM) организмов и их продуктов. Освоенные вначале на бактериях, эти методы уже используются для получения химерных животных и растений с заранее спланированными свойствами.

Трансгенез у животных на основе рекомбинантных молекул ДНК (искусственных генных конструкций) впервые осуществлен в 1982 году Р.Д. Пальмитером. В яйцеклетку мыши были переса­жены гены гормона роста от крысы, в результате взрослая трансгенная мышь была в два раза крупнее контрольных животных. Сегодня с различными целями получают трансгенных кроликов, коз, овец, коров, рыб. Вот один из впечатляющих примеров. Гены паука, отвечающие за синтез белков паутины, были введены в яйцеклетку козы. Когда трансгенная коза выросла, она стала давать молоко, содержащее белок паутины. Такой белок можно отделять от молока и делать из него очень упругие нити и ткани. Эта “биосталь” пригодна даже для изготовления бронежилетов. Проводятся генно-инженерные работы по выведению животных с выключенными генами – так называемых нокаутов. Например, можно получить породы домашних животных, не чувствительных к боли и психически подавленных. Весьма перспективная задача поставлена на ближайшие 5-10 лет: получить коров, продуцирующих молоко, по своему составу сходное с материнским молоком человека. Для этого в хромосомах коровы надо выключить несколько ее генов, а вместо них ввести аналогичные гены человека. Успешно развивается генно-клеточная инженерия на растительных объектах. Трансгенные растения, которым введены отдельные гены от растений других видов, имеют повы­шен­ную соле- и засухоустойчивость, невосприимчивость к вреди­телям и болез­ням, другие хозяйственно ценные признаки.

Сегодня GM-технологии в растениеводстве и животноводстве встречают у потребителей настороженный прием, отчасти вполне оправданный. Однако следует констатировать, что человечество неотвратимо вступило в эпоху биотехнологической революции, формирования новой культу­ры и практики природопользования. Все эти вопросы находятся в поле исследования современной биологии.

Биотехнологические процессы могут эффективно использоваться и в промышленной сфере, в частности в энергетике. Например, некоторые виды бактерий за счет хемосинтеза производят горючий газ метан (био­газ), который можно использовать как топливо или сырье для органических синтезов. С помощью бактерий и грибков можно полу­чать также водород, углеводороды, этиловый спирт, органические кислоты, аминокислоты, ферменты, гербициды, инсектициды, пигменты, растворители и другие хозяйственно полезные продукты. Сегодня биотехнологическая химия составляет уже до 10% всего мирового химического производства.