Урок-лекция

Скачать 1.2 Mb.

Название	Урок-лекция
страница	10/10
Дата публикации	25.06.2014
Размер	1.2 Mb.
Тип	Урок

100-bal.ru > Физика > Урок

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

§51. Биотехнология и прогресс человечества

(Урок-лекция)

Словами мы познаем суть вещей

царь Соломон

Ч
?
то такое биотехнология? Какие этапы можно выделить в развитии биотехнологии? Какую роль биотехнология сыграла в развитии цивилизации?

Б
!
иотехнология. Гетерозис. Рекомбинантные (ДНК, растения, животные). Генная инженерия. Инженерия клеток. Клонирование.

Г
*
енетика – наука о закономерностях наследственности и изменчивости. Наследственная и ненаследственная изменчивость. Применение знаний о наследственности и изменчивости, искусственном отборе при выведении новых пород и сортов. Приемы выращивания и размножения растений и домашних животных, ухода за ними. (Биология, основная школа). Естествознание 10.
От происхождения к пониманию смысла.

В последние годы термин «биотехнология» у всех на слуху. Что он обозначает?

Слово «биотехнология» имеет греческое происхождение. В нем можно выделить две части – «биос» и «техне». Первая часть - «биос», означает жизнь (биология, биоценоз и др.). Вторая часть – «техне» – происходит от греческого «текс», что означает вить, прясть, делать руками. Она входит в такие слова, как текстиль, текст, архитектура и, наконец, технология. Что же дает сочетание слов «биос» и «техне»? Живую технологию!

Человек уже давно стал вмешиваться в естественный ход природных процессов. Постепенно он научился использовать их для удовлетворения все возрастающих потребностей населения в продуктах питания и природных материалах. В этом – одна из задач современной биотехнологии.

Биотехнология – это сознательное производство необходимых человеку продуктов питания и материалов с помощью биологических объектов (живых существ) и процессов.

Биотехнология – основа цивилизации.

Долгие годы человек жил плодами собирательства и охоты. Им на смену пришли земледелие и животноводство – яркие примеры первобытной биотехнологии.

В процессе возделывания растений и разведения домашних животных человек производил часто бессознательный, но все же отбор тех особей, которые казались ему более полезными. Среди растений отбирались те, которые давали больший урожай, более крупные и сочные плоды.

Уже с древнейших времен человек использовал в своих целях микроорганизмы, даже не подозревая об их существовании. С их помощью он овладел технологией квашения молока и овощей, а потом, научившись делать муку и печь лепешки, квашения теста. Следующий шаг – приготовление пива и вина, а потом вымачивание кож и мочение льна.

Возникнув в ряде точек земного шара, биотехнология быстро распространилась почти по всем континентам. Биотехнология стала импульсом развития цивилизации.

Земледелие и животноводство сделали настолько производительным труд человека, что один человек мог прокормить нескольких. В итоге часть людей получила возможность посвятить себя другим занятиям. Началось прогрессивное развитие общества.

Биотехнология – вчера, сегодня, завтра.

К концу XIX в были созданы весьма продуктивные сорта растений и породы животных. Выработаны правила их скрещивания и отбора, основанные на многовековом опыте. Одновременно с этим неуклонно росла потребность в наращивании производительного потенциала биотехнологии.

Новый стимул к дальнейшему развитию биотехнология получила благодаря возникновению в начале XX в генетики. Однако прошло около 40-50 лет, прежде чем ее успехи привели биотехнологию к новым достижениям. В первую очередь, благодаря использованию явления гетерозиса при создании новых сортов растений и пород животных. Гетерозис – это явление, при котором первое поколение от скрещивания родительских особей превосходит их по ряду параметров. Например, по продуктивности.

Используя эффект гетерозиса были выведены новые сорта кукурузы, риса, пшеницы и других культурных растений, дававшие невиданные ранее урожаи. И хотя в странах с высокоразвитым сельским хозяйством новые сорта не вызвали резких изменений, зато использование их в развивающихся странах произвело настоящую зеленую революцию.

Успехи в животноводстве были связаны не только с выведением новых пород животных, но и с созданием для них сбалансированной кормовой базы. В этом – еще одно достижение биотехнологии, научившейся обогащать растительные корма недостающими аминокислотами, белками, витаминами и другими добавками. Правда в этом ей помогла микробиологическая промышленность, ставшая важнейшим звеном биотехнологии.

Сегодня человек использует целую армию микроорганизмов. С их помощью он получает аминокислоты, витамины, антибиотики, органические кислоты, ферменты. Все они находят широкое применение в различных отраслях народного хозяйства.

Известен опыт применения микроорганизмов для решения проблем энергетики. Так, с помощью специальной культуры бактерий можно получить биогаз (смесь метана СН₄ (65%) и углекислого газа СО₂). Производство такого газа выгодно там, где много растительных отходов и навоза.

В прошлом веке в Индии было создано более миллиона установок для получения биогаза. В них перерабатывался навоз лишь от 5% коров. Опыт этой страны показывает, что 3-5 коров могут обеспечить потребности в биогазе семьи, состоящей из такого же количества людей.

Особо следует отметить использование микроорганизмов для решения экологических проблем: они помогают очищать природу от многих органических отходов. К сожалению, микроорганизмы не могут справиться с синтетическими полимерами. Создание таких штаммов – задача будущего.

Новые виток развития биотехнологии стал возможен в начале 70-х годов прошлого столетия в связи с созданием метода генной инженерии. Если раньше человек лишь производил отбор растений, животных или микроорганизмов с уже возникшими и полезными для него генетическими изменениями, то с помощью нового метода он смог сознательно создавать рекомбинантные ДНК (искусственные ДНК с определенным набором генов, а потому и с определенными свойствами). В итоге человек овладел технологией клонирования генов и выращивания необычных растений и животных, в геном которых интегрированы чужеродные гены (Рис.1).

Рис.1. Схема получения рекомбинантного высшего растения (Власть над геном, с. 45)

На рисунке показан процесс выращивания высшего растения со встроенным геном, отвечающим за синтез азотфиксирующего белка, с помощью Ti-плазмиды. Плазмиды – это небольшие кольцевые молекулы ДНК бактерий, несущие часть их наследственной информации.

Аналогично научились переносить в клетки растений и другие гены. Например, ген устойчивости к антибиотику канамицину (для многих растений – это сильнейший яд) или же ген белка люциферазы светлячков, заставивший светиться в темноте листья табака.

Из полученных в лаборатории клеток ученые вырастили морковь, синтезирующую в 20 раз больше метионина, в 30 раз – триптофана, в 5 раз – лизина. Все это – важнейшие аминокислоты. Селекционное выведение такого растения потребовало бы кропотливой работы в течение многих десятков лет.

Известны и рекомбинантные (трансгенные) животные. Первыми среди них стали мыши, а потом кролики, свиньи, овцы.

Еще большие возможности открыла перед человечеством новая отрасль биотехнологии – инженерия клеток. Она позволяет клонировать ткани, органы и даже целый организм, располагая лишь одной клеточкой. Клонирование – это процесс, в ходе которого живой объект производиться из единственной клетки, взятой у другого биологического объекта.

Нетрудно представить возможности такой индустрии. Прежде всего, это клонирование растений и животных, с помощью которых можно не только решать продовольственную проблему, но и восстанавливать исчезающие или уже исчезнувшие виды.

На этом пути немало успехов. Так, американскими учеными в 1997 г из клеток вымени мертвой особи была клонирована овечка Долли. В 1998 г исследователи США и Франции клонировали телят голштинской породы из клеток плода. Был клонирован и ягненок Полли, несущий в каждой клеточке своего организма ген человеческого белка.

Научились клонировать и человека. Сторонники этой технологии говорят о перспективах спасения человечества от болезней и недугов. Однако само по себе клонирование несет серьезный риск для здоровья. Ученые столкнулись с множеством случаев гибели клонов животных, послеродовых смертей, различных отклонений и осложнений.

Грозит клонирование и без того уменьшающемуся биологическому разнообразию, поскольку восприимчивость к болезням всегда выше среди монокультур. Лишь генетическое разнообразие ведет к высокой жизнеспособности популяции. Все эти факты – не единственный аргумент в руках противников клонирования.

Современная биотехнология – широкая отрасль научно-практической деятельности человека. В ее основе – методы и успехи селекции, молекулярной биологии, микробиологии, генетики. Однако некоторые из ее достижений неоднозначны и ставят перед человечеством ряд этических проблем.

○ Что такое биотехнология?
○ Какую роль биотехнология сыграла в зарождении и развитии человеческой цивилизации?
○ Какую роль в развитии биотехнологии сыграли микроорганизмы?
○ Что такое генная инженерия и каковы ее возможности в решении насущных проблем современности?
 В чем сущность метода инженерии клеток? Какие вопросы он ставит перед человечеством? Выскажите свое отношение к ним.

§ 52. Клонирование: «За» или «Против»?

(Урок-семинар)

Величие человека – в его способности мыслить… Постараемся же мыслить достойно!

Б. Паскаль

К
?
ак влияет современная биотехнология на жизнь человека и общества в целом? Не приведет ли вмешательство в естественный ход природных процессов к краху не только человеческой цивилизации, но и гибели всей планеты?

Цель семинара: понять перспективы технологии клонирования и оценить риски для общества и природы, связанные с ее развитием.

План семинара:

Могущество современной биотехнологии.
Генная и клеточная инженерия – благо или зло?

Необходимые источники информации:

Детская энциклопедия.
Вакула В. Биотехнология: что это такое? – М.: Мол. гвардия, 1989. – 301[3] с., ил. – (Эврика).
Складнев Д.А. Что может биотехнология? – М.: Знание, 1990. – 48 с. – (Новое в жизни, науке, технике. Сер. «Знак вопроса»; №12).

На прошлом уроке мы кратко рассмотрели путь развития биотехнологии – от ее зарождения и до наших дней. Выяснили ее вклад в становление современного общества.

Тема для обсуждения 1. Что дает сегодня биотехнология человеку?

Подберите примеры, иллюстрирующие могущество современной биотехнологии и ее вклад в решение продовольственной проблемы, проблем лечения и профилактики наследственных заболеваний, трансплантации органов и других.

Дополнительные источники информации:

Нейфах А.А. Клеточные и генетические основы биотехнологии. – М.: Знание, 1987. – 64 с. – (Новое в жизни, науке, технике. Сер. «Биология»; №3).
Богданов А.А., Медников Б.М. Власть над геном: Кн. для внеклас. чтения учащихся 9-10 кл. сред. шк. – М.: Просвещение, 1989. – 208 с., ил. – (Мир знаний).

Тема для обсуждения 2. У каждой медали две стороны. Какова оборотная сторона биотехнологии, основанной на методах генной и клеточной инженерии?

Вспомните художественные фильмы «Чужой-4» (США), «Глубокое синее море» (США), «Клон» (Бразилия). С какими этическими проблемами столкнулись их герои? К каким последствиям привели действия, противоречащие принятым в обществе нормам? Как вы думаете, почему Всемирная организация здравоохранения, Совет Европы, антифашисты и другие официальные и общественные организации выступают против клонирования?

Обсудите эти вопросы. Выскажите свое мнение по сути проблемы.

Подведение итогов.

Ученые все глубже проникают в сокровенные тайны природы. Используя мощь науки, он активно изменяет окружающий его мир. Однако любое научное достижение – будь то использование энергии атома или клонирование человека – само по себе этически нейтрально. Лишь человек своими помыслами и действиями превращает их в безусловное благо или абсолютное зло для всей природы и даже – Вселенной!