Концепции современного естествознания

“Большой  взрыв” продолжался сравнительно недолго, всего лишь одну тридцатитысячную  нынешнего возраста Вселенной. Никогда  после этого эволюция Вселенной  не была столь стремительна, как в самом её начале, во время “большого взрыва”. Все события во Вселенной в тот период касались свободных элементарных частиц, их превращений, рождения, распада, аннигиляции.

4) Звездная эра.

     Она продолжается со времени  завершения “большого взрыва” (приблизительно 300 000 лет) до наших дней. Её развитие происходит медленно по сравнению с периодом “большим взрыва” из-за низкой плотности и температуры. Эволюцию Вселенной можно сравнить с фейерверком, который окончился. Мы стоим на остывшем пепле, вглядываемся в стареющие звезды и вспоминаем красоту и блеск Вселенной. Взрыв суперновой или гигантский взрыв галактики - ничтожные явления в сравнении с большим взрывом. [8]

9. (56) ЧТО ЯВЛЯЕТСЯ ПРЕДМЕТОМ ИССЛЕДОВАНИЯ ГЕННОЙ ИНЖЕНЕРИИ?

      Генетическая  инженерия - получение новых комбинаций генетического материала путем проводимых вне клетки манипуляций с молекулами нуклеиновых кислот и переноса созданных конструкций генов в живой организм, в результате которого достигается их включение и активность в этом организме и у его потомства. Речь идет о направленном, по заранее заданной программе конструировании молекулярных генетических систем вне организма с последующим введением их в живой организм. При этом рекомбинантные ДНК становятся составной частью генетического аппарата рецепиентного организма и сообщают ему новые уникальные генетические, биохимические, а затем и физиологические свойства.        Цель прикладной генетической инженерии заключается в конструировании таких рекомбинантных молекул ДНК, которые при внедрении в генетический аппарат придавали бы организму свойства, полезные для человека. Например, получение «биологических реакторов» - микроорганизмов, растений и животных, продуцирующих фармакологически значимые для человека вещества, создание сортов растений и пород животных с определёнными ценными для человека признаками. Методы генной инженерии позволяют провести генетическую паспортизацию, диагностировать генетические заболевания, создавать ДНК-вакцины, проводить генотерапию различных заболеваний.        Технология рекомбинантных ДНК использует следующие методы: специфическое расщепление ДНК рестрицирующими нуклеазами, ускоряющее выделение и манипуляции с отдельными генами; быстрое секвенирование всех нуклеотидов очищенном фрагменте ДНК, что позволяет определить границы гена и аминокислотную последовательность, кодируемую им; конструирование рекомбинантной ДНК; гибридизация нуклеиновых кислот, позволяющая выявлять специфические последовательности РНК или ДНК с большей точностью и чувствительностью, основанную на их способности связывать комплементарные последовательности нуклеиновых кислот; клонирование ДНК: амплификация in vitro с помощью цепной полимеразной реакции или введение фрагмента ДНК в бактериальную клетку, которая после такой трансформации воспроизводит этот фрагмент в миллионах копий; введение рекомбинантной ДНК в клетки или организмы.      Методы генной инженерии преобразуют клетки бактерий, дрожжей и млекопитающих в "фабрики" для масштабного производства любого белка. Это дает возможность детально анализировать структуру и функции белков и использовать их в качестве лекарственных средств.       В настоящее время кишечная палочка (E. coli) стала поставщиком таких важных гормонов как инсулин и соматотропин. Ранее инсулин получали из клеток поджелудочной железы животных, поэтому стоимость его была очень высока. В 1978 году исследователи из компании "Генентек" впервые получили инсулин в специально сконструированном штамме кишечной палочки. Было показано, что он не содержит белков E. coli, эндотоксинов и других примесей, не дает побочных эффектов, как инсулин животных, а по биологической активности от него не отличается. Впоследствии в клетках E. coli был осуществлен синтез проинсулина, для чего на матрице РНК с помощью обратной транскриптазы синтезировали ее ДНК-копию. После очистки полученного проинсулина его расщепили и получили нативный инсулин, при этом этапы экстракции и выделения гормона были сведены к минимуму. Из 1000 литров культуральной жидкости можно получать до 200 граммов гормона, что эквивалентно количеству инсулина, выделяемого из 1600 кг поджелудочной железы свиньи или коровы.       Соматотропин - гормон роста человека, секретируемый гипофизом. Недостаток этого гормона приводит к гипофизарной карликовости. Если вводить соматотропин в дозах 10 мг на кг веса три раза в неделю, то за год ребенок, страдающий от его недостатка, может подрасти на 6 см. Ранее его получали из трупного материала, из одного трупа: 4 - 6 мг соматотропина в пересчете на конечный фармацевтический препарат.. Компания "Genentec" в 1980 году разработала технологию производства соматотропина с помощью бактерий, который был лишен предыдущих недостатков. В 1982 году гормон роста человека был получен в культуре E. coli и животных клеток в институте Пастера во Франции, а с 1984 года начато промышленное производство инсулина и в СССР. При производстве интерферона используют как E. coli, S. cerevisae (дрожжи), так и культуру фибробластов или трансформированных лейкоцитов. Аналогичными методами получают также безопасные и дешевые вакцины.             На технологии рекомбинантных ДНК основано получение высокоспецифичных ДНК-зондов, с помощью которых изучают экспрессию генов в тканях, локализацию генов в хромосомах, выявляют гены, обладающие родственными функциями (например, у человека и курицы). ДНК-зонды также используются в диагностике различных заболеваний. Технология рекомбинантных ДНК сделала возможным нетрадиционный подход "белок-ген", получивший название "обратная генетика". При таком подходе из клетки выделяют белок, клонируют ген этого белка, модифицируют его, создавая мутантный ген, кодирующий измененную форму белка. Полученный ген вводят в клетку. Если он экспрессируется, несущая его клетка и ее потомки будут синтезировать измененный белок. Таким образом, можно исправлять дефектные гены и лечить наследственные заболевания.     Если гибридную ДНК ввести в оплодотворенное яйцеклетку, могут быть получены трансгенные организмы, экспрессирующие мутантный ген и передающие его потомками. Генетическая трансформация животных позволяет установить роль отдельных генов и их белковых продуктов, как в регуляции активности других генов, так и при различных патологических процессах. С помощью генетической инженерии созданы линии животных, устойчивых к вирусным заболеваниям, а также породы животных с полезными для человека признаками. Сейчас, даже трудно предсказать все возможности, которые будут реализованы в ближайшие несколько десятков лет. [1],[2],[9],[10],[11],[12].

10. (66) ОПИШИТЕ ОСНОВНЫЕ  ТРОФИЧЕСКИЕ (ПИЩЕВЫЕ)  СВЯЗИ В ЭКОСИСТЕМАХ?

Процесс трансформации вещества и энергии  в экосистеме происходит преимущественно посредством трофических связей (трофос – по-гречески «пища»), или в результате поедания одних организмов другими.     Совокупность трофических связей образует трофические (пищевые) цепи.            Совокупность организмов, занимающих одинаковое положение в трофических цепях относительно их начала, называется трофическим уровнем. Каждая экосистема включает в себя несколько трофических (пищевых) уровней. Первый – растения. Второй – животные. Последний – микроорганизмы и грибы.         Каждый организм имеет несколько источников питания, находящихся на разных трофических уровнях, и сам может использоваться как объект питания организмами с различных уровней. Поэтому цепи питания в большинстве экосистем многократно разветвляются и образуют трофические сети.    Различают пастбищные (цепи выедания), детритные (цепи разложения) и паразитические пищевые цепи.          В пастбищных пищевых цепях первый трофический уровень образуют продуценты - автотрофные организмы (группа организмов, которые производят на свету из неорганических веществ органические (зеленые растения)), последующие трофические уровни образуют гетеротрофные организмы, второй трофический уровень составляют растительноядные организмы (консументы первого порядка) – животные, гетеротрофные протисты и бактерии, третий и последующие трофические уровни (консументы второго, третьего и т.д. порядка) образуют хищные организмы – почти исключительно животные.  Обычно различные трофические уровни в экосистемах не разделены в пространстве. Однако в некоторых случаях они достаточно четко дифференцированы.           В детритных пищевых цепях, или цепях разложения, продуценты (т. е. автотрофные организмы) отсутствуют. Их началом является детрит, или отмершее органическое вещество, представляющее собой остатки отмерших живых организмов. Детрит образует первый трофический уровень детритной пищевой цепи.            Пастбищные пищевые цепи распространены преимущественно в сухопутных и морских экосистемах. Детритные цепи преобладают в континентальных водоемах. Значительная часть пищевых ресурсов в них создается не в результате фотосинтеза (автохтонное органическое вещество), а поступает туда из наземных экосистем (аллохтонное органическое вещество), например, в виде листового опада.       Экосистемы глубинных слоев водной толщи и дна морей и океанов, куда не проникает солнечный свет, существуют только за счет постоянного оседания туда отмерших организмов, обитающих в поверхностных слоях воды («дождь трупов»). Общая масса этого вещества в Мировом океана за год достигает не менее нескольких сотен миллионов тонн.     Гетеротрофные организмы, питающиеся непосредственно детритом, называются детритофагами. В наземных экосистемах ими являются многие виды насекомых, червей и др. Крупные детритофаги, к которым относятся некоторые виды птиц (грифы, вороны и т.д.) и млекопитающих (гиены и пр.) называют падальщиками, а также многочисленные виды насекомых. В водных экосистемах наиболее распространенными детритофагами являются членистоногие - водные насекомые и их личинки и ракообразные. Детритофагами могут питаться другие, более крупные  гетеротрофные организмы, которые могут сами служить пищей для хищников.  Детритные пищевые цепи имеют огромное значение в природе. Если бы их не было, то вся поверхность Земли быстро бы покрылась многокилометровым слоем отмерших организмов. Большое значение в разложении отмерших остатков растительного происхождения, особенно древесины, имеют грибы.        Мельчайшие частицы отмершего органического вещества, которые не в состоянии усвоить разлагают бактерии и протисты, которые благодаря своим мельчайшим размерам, обладают высоким уровнем обмена веществ. По этой причине они разлагают органические остатки до простых неорганических соединений (углекислого газа, воды, аммиака и др.). Эти вещества могут возвращаться в экосистему и вновь принимать участие в процессах круговорота веществ.             Как и в пастбищных цепях, последний трофических уровень детритных пищевых цепей образуют редуценты - микроконсументы.   Практически любой вид живых организмов имеет своих паразитов. Начальным звеном паразитических пищевых цепей является свободноживущий организм-хозяин. На нем паразитируют паразиты первого порядка, а на них в, свою очередь, - паразиты второго порядка и т.д. Аскариды, паразитирующие на пойкилотермных организмах, являются паразитами первого порядка, паразитирующие в клетках аскарид одноклеточные эукариоты – паразитами второго порядка, обитающие в них бактерии – паразитами третьего порядка, паразитирующие в бактериях вирусы (бактериофаги) – четвертого порядка и т.д.              В экологических системах все перечисленные типы пищевых цепей не существуют изолированно, а тесно взаимосвязаны. Например, отмирающие организмы из пастбищных пищевых цепей и неусвоенные остатки их пищи поступают в детритные пищевые цепи. Таким образом, в экосистемах формируется Y-образная модель пищевых цепей. Кроме того, в жизненных циклах большинство паразитов имеют стадии, развивающиеся во внешней среде. Это могут быть как активные личиночные стадии (например, мирацидии и церкарии у печеночной двуустки), так и покоящиеся стадии (яйца, споры). Паразитические организмы на этих стадиях могут использоваться как в пастбищных, так и в детритных пищевых цепях. Кроме того, паразиты часто оказывают неблагоприятное воздействие на своих хозяев, вплоть до гибели последних. Это сказывается на потоке вещества и энергии в пастищных и детритных цепях.

СПИСОК  ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Анализ генома. Методы, Под ред. К. Дейвиса. М.: Мир, 1990. 246 с.

2. Бекер М. Е., Лиепиньш Г.К., Райпулис Е.П. Биотехнология. М.: Агропромиздат, 1990. 334 с.             3. Благутина В.В. Химия одиночных молекул, Химия и жизнь, 2004, №9, С.14-19

4. Бучаченко  А.Л. Спиновая химия, Химия и  жизнь, 2004, №3, С.8-13

5. Галилео  Галилей Диалог о двух главнейших  системах мира птоломеевой и  коперниковой, М. — Л: 1948, Государственное  издательство технико-теоретической  литературы, 378c.,С. 147

6. Гусейханов  М.К., Раджабов О.Р. Концепции современного  естествознания.- М.: 6-е изд., перераб. и доп., М.: Дашков и К°, 2007, 540 с.

7. Ивановский  А.Л Фуллерены нанотрубки, Химия  и жизнь, 2004, №8, С.20-25

8. Новиков,И.Д.  Эволюция Вселенной, М.: Наука, 1990. - 192с.         9. Пирузян Э. С., Андрианов В. М. Плазмиды агробактерий и генная инженерия растений.М.: Наука, 1985. 280 с.                    10. Пирузян Э. С. Генетическая инженерия растений.М.: Знание, 1988. 64 с.     11. Пирузян Э. С. Основы генетической инженерии растений.М.: Наука, 1988. 304 с.               12. Пирузян Э. С. Проблемы экспрессии чужеродных генов в растениях, Итоги науки и техники ВИНИТИ. Сер. Биотехнология. 1990. Т. - 23. 176 с.

13. Поршаков Б.П., Романов Б.А. Основы термодинамики и теплотехники. - М.: Недра, 1979, 319с.

14. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса: Новый диалог человека с природой. М.: Прогресс, 1986 - 432 с

15. Саркисов О.М., Уманский С.Я. Фемтохимия, Успехи химии. 2001. Т. - 70, вып, С. 515-538

16. Сноу Ч.П. Две культуры. М.: Прогресс, 1973, 180с.