В чем вы видите перспективы биологии

Будущее биологии. Перспективы и проблемы развития

Здесь представлен оригинальный кусочек текста и конечный результат, полученный после поработав с ним:

Краткое изложение

Слово биология произошло от греческого слова «биос», означающего «жизнь», и «логос», что переводится как «наука». Биология определена как наука о жизни и живых организмах.
Биологические науки интересуются тремя ключевыми проблемами: источником жизни, ее разнообразием и эволюцией. Все остальное на пути исследований укрепляется этими тремя глобальными проблемами, и результаты исследований соответствуют определенным частям, указанным выше.

Содержание

Работа состоит из 1 файл

КСЕ.Будущее биологии.doc

В биологии находятся важные исследования, объединяющие как теоретическое, так и практическое направления. Границы между ними не всегда возможно провести линию, так как любая теоретическая работа неизбежно связана с использованием в практике. Теоретические исследования позволяют делать открытия, которые революционизируют многие области прикладной деятельности. Они обеспечивают успешное развитие таких прикладных дисциплин, как промышленная микробиология, техническая биохимия, защита растений, растениеводство и животноводство, охрана природы и медико-биологические дисциплины, включая паразитологию и иммунологию. Прикладная биология в свою очередь вносит новые факты и задачи для теории, определяемые потребностями общества. Бионика, космическая биология и астробиология получаются из практически важных дисциплин, а также присутствует изучение человека как объекта и продукта биологической эволюции. Также следует отметить несколько фундаментальных областей биологии, которые изучают наиболее общие закономерности живых существ и являются основой современной общей биологии:

1. цитология — наука об основных структурно-функциональных единицах организма — клетке;

2. генетика — наука о явлениях воспроизведения и преемственности морфо-физиологических организаций живых форм;

3. биология развития — наука об онтогенезе;

4. эволюционная теория — наука о законах исторического развития органического мира, а также биохимия и биофизика, относящиеся к физико-химической биологии;

5. физиология — наука, изучающая функциональные проявления, обмен веществ и энергии в живых организмах.

Из приведенной неполной информации про биологию видно, что это очень великая и сложная область науки, которая крепко связана с соседними науками, изучающими закономерности неживой природы.

Важно также отметить связь между биологией и информатикой.

Информатика и биология — это активно развивающиеся науки 21 века. Пересечение этих областей позволяет ожидать увлекательных и перспективных направлений будущих исследований.

Сочетание этих двух перспективных наук предоставляет широкие возможности для инноваций в различных областях.

Целью предлагаемых исследований является процесс эволюционного формирования логического мышления человека. Эта цель актуальна, так как сейчас проводятся работы по моделированию естественного и искусственного интеллекта. В частности, такие исследования связаны с разработкой роботов, обладающих элементами интеллекта.

Проблемы, возникающие перед этими науками, также возникают перед биологией.

Перед биологией стоят проблемы и перспективы развития.

У человечества есть только один возобновляемый ресурс — биологический. Все остальные ресурсы исчерпаемы. Именно поэтому приоритеты в науке постепенно смещаются в пользу наук о жизни. Человечество стремится взять под контроль самовоспроизведение биологических ресурсов, раскрыть механизмы энергетики клетки, синтеза биологических продуктов, фотосинтеза, азотфиксации и других процессов. Человек в ближайшее время будет пытаться изучить энергетические и синтетические процессы в клетке и превратить некоторые из них в промышленные биотехнологии.

Это прямо связано с решением основных проблем человечества: проблемы продовольственного потенциала планеты, экологии, здоровья человека и возможно будущей энергетики на основе биотехнологий. Остановимся на этих проблемах подробнее.

Главной проблемой стоит создание достаточного продовольственного потенциала для растущей человеческой популяции. Естественно, что эта проблема тесно связана с демографической проблемой. Прогнозы следующие: к 2025 году население земли достигнет 8,3 миллиарда человек, затем наступит стабилизационный период, и к концу XXI века ожидается 11 миллиардов человек, что почти в два раза превышает текущее население. Важным фактором этой демографической динамики является ее географическое распределение: около 70% прироста населения ожидается в развивающихся странах, где ситуация с продовольствием является наиболее сложной.

Учитывая прогнозы демографии, нам необходимо увеличивать продовольственный потенциал на 2% ежегодно, чтобы обеспечить растущую население людьми. Однако возникает вопрос: как именно это сделать? Запасы пахотной земли и пределы урожайности важных культур уже почти исчерпаны из-за продвинутой селекции, проводимой в последние 100 лет. Зависимость от этих факторов означает, что оставшиеся резервы почти непригодны и не могут обеспечить популяционных потоков роста. Таким образом, нам нужны новые подходы к решению продовольственных проблем, которые могут возникнуть только на основе анализа достижений фундаментальной науки. Это то, что делается в наше время по всему миру. Здесь мы сосредоточимся только на одном из многих способов совершенствования технологий производства продуктов питания. Поскольку сорт или гибрид являются основой любой технологии растениеводства и в большой степени определяют конечный результат, мы рассмотрим возможности создания новых форм растений. Для того чтобы удвоить объем производства продуктов питания в ближайшем будущем, необходимо создать совершенно новые формы с перестроенной геномной структурой, более производительные, качественные и устойчивые.

Одним из основных направлений биотехнологии является получение и разностороннее использование трансгенных растений, то есть форм, содержащих в своем геноме встроенные гены, полученные с использованием методов генной инженерии, которые функционируют в новом геноме. В геном растения можно встроить гены животных, людей, бактерий, других растений, чтобы получить новые продукты. Трансгенные растения и животные — это формы с значительно перестроенными геномами. В будущем эта область станет одним из наиболее перспективных направлений для значительного улучшения селекционных свойств.

Одной из наиболее значимых проблем в современной естествознании является проблема биологии и генетики развития организма. До сих пор самой интригующей загадкой для исследователей являются механизмы, ответственные за формирование разных типов клеток, тканей, органов, то есть дифференцировку систем организма, которые функционируют как единое целое. Однако в основе любого организма, даже самого сложного, лежит одна клетка, которая впоследствии делится и поражает уникальностью структуры и функций клеток, органов и тканей. Многие исследователи работают над этой проблемой, уделяя основное внимание генетическим аспектам дифференцировки. Сформулированы гипотезы, собран значительный фактический материал. Однако кажется, что эта проблема настолько сложна, что ее решение потребует многих лет. Разрешение этой проблемы — управление процессами развития — может иметь äçчрезвычайное значение.

Одним из важных направлений исследования в современной биологии является изучение сложных физиолого-генетических функций организма. У растений такими функциями являются фотосинтез и азотфиксация. Фотосинтез — это процесс синтеза органических соединений (углеводов, жиров, белков, нуклеиновых кислот и других) клетками зеленых растений, некоторых водорослей и бактерий с использованием солнечной энергии. Благодаря фотосинтезу происходит обновление большинства биологических ресурсов. Сейчас в многих лабораториях по всему миру проводятся исследования в этой области с целью разделения сложного процесса фотосинтеза на отдельные компоненты для последующего понимания и возможности воспроизведения его в целом. Особое внимание уделяется изучению генетики фотосинтеза, уже известно около сотни генов, которые контролируют разные аспекты этого процесса.

Источник

Будущее биологии. Перспективы и проблемы развития

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Вы будете очень признательны студентам, аспирантам и молодым исследователям, которые используют эту базу знаний для своего обучения и работы.

Его разместили на http://www.allbest.ru/

Волгоградский государственный университет

Будущее биологии. Перспективы и проблемы развития

Исследование выполнено студенткой второго курса

Фомченковой Ксенией Константиновной

Проверил: Феськов Сергей Владимирович

Значение биологии как науки

Классификация биологических наук

Проблемы и перспективы развития биологии

Список использованной литературы

Слово «биология» происходит от греческих слов «bios», что означает «жизнь» и «logos», что означает «наука». Биология определена как наука о жизни и живых организмах.

Биология как наука интересуется тремя проблемами: механизмами происхождения жизни, ее изменчивости и эволюции. Все остальное сводится к этим трем глобальным проблемам, и, неважно, что мы исследуем, мы отвечаем на вопросы, указанные выше. И сегодня, несмотря на большой объем знаний о молекулярных и генетических механизмах жизни, процессы изменчивости и развития, мы не можем полностью ответить на ни один из поставленных вопросов. На самом деле, чем больше мы узнаем о жизни, тем больше возникает вопросов и сомнений в правильности тех фактов, которые считались неоспоримыми. Пока невозможно сформировать единую концепцию происхождения жизни, в теории эволюции Дарвина возникли серьезные проблемы, нет общего понимания механизмов изменчивости живых систем и их роли в эволюционном процессе.

В этой работе рассматриваются науки, тесно связанные с биологией, проблемы их развития, а также перспективы развития самой биологии.

Значение биологии как науки

В XXI веке рост населения Земли стал определяющим фактором развития биосферы Земли. В настоящее время стало ясно, что живая природа не только источник пищи и множества необходимых продуктов и материалов, но и необходимое условие для самого существования человечества. Наши связи с ней оказались гораздо более глубокими и необходимыми, чем мы думали еще в начале XX века.

Живое существо не может продолжать существовать без непосредственного связного единства с окружающей средой природы. Поэтому столь важно поддерживать окружающую среду в здоровом состоянии. Однако это не так просто, как кажется. Из-за активной деятельности человечества, расширения аграрных и промышленных угодий, вырубки лесных массивов и загрязнения материка и морей, все больше разнообразных видов растений, грибов, животных исчезает с планеты Земля. Отсутствующий вид нельзя вернуть обратно, так как он является результатом долгого процесса эволюции и обладает уникальной генетической информацией. В нашей стране один вид позвоночных животных в среднем исчезает каждые 3,5 года. Как изменить эту негативную тенденцию и снова начать двигаться по пути эволюционного увеличения общей «суммы жизни» вместо ее уменьшения? Эта проблема затрагивает все человечество, но без участия биологов ее невозможно решить.

В настоящее время особенно существуют быстрые прогрессы в области молекулярной биологии, биотехнологии и генетики. Недавний опрос общественного мнения в Англии показал, что больше всего впечатление на британцев произвели именно достижения в области генетики (более 50% опрошенных). Поэтому генетика вызывает наибольшую тревогу связанную с развитием науки. Все остальные науки заинтересовали менее 10% населения. На международной генетической конференции, проходившей в английском городе Ньюкасл Апон Тайм с 10 по 14 марта 2003 года, посвященной 50-летию открытия двойной спирали ДНК, были обсуждены проблемы биоэтики, ДНК-идентификации и другие.

Иерархия биологических наук

Биологические науки весьма разнообразны, так как они занимаются изучением самых различных аспектов жизни и используют разные методы, формы и цели исследования живых объектов на различных уровнях их организации. Это определяет относительность любой иерархии наук. Биология, как наука, включает в себя такие основные отрасли, как:

В области зоологии:

      • изучение формы и структуры организмов относится к морфологическому направлению;

Можно также выделить специальности, которые основаны на использовании определенных методов исследования, такие как биохимия, которая изучает основные биохимические процессы с применением химических методов и подразделяется на различные разделы (биохимия животных, растений и других), биофизика, которая рассматривает физические закономерности жизнедеятельности и также дополняется своими подразделами. Направление биохимии и биофизики часто пересекается с другими биологическими науками (например, в радиационной биохимии или радиобиологии). Огромное значение имеет также биометрия, основанная на математической обработке биологических данных для выявления связей, не видимых при изучении отдельных явлений и процессов, планирования экспериментов и т.д. Теоретическая и математическая биология позволяют при помощи логических построений и математических методов устанавливать общие закономерности в биологии.

Особо важно отметить несколько основных областей биологии, которые изучают наиболее общие закономерности, свойственные всем живым организмам, и составляют основу современной общей биологии:

5. Физиология изучает функциональные проявления, обмен веществ и энергию в живых организмах.

Из этого неполного списка биологических дисциплин видно, насколько велико и сложно здание современной биологии и как тесно оно связано с смежными науками, изучающими закономерности неживой природы.

Отдельно стоит упомянуть о связи биологии и информатики.

Совмещение этих двух перспективных наук имеет огромный потенциал для инноваций в различных областях.

Конечной целью предлагаемых исследований должен быть процесс эволюционного развития логического мышления человека. Эта задача безусловно актуальна, так как в настоящее время активно ведутся работы по моделированию естественного и искусственного интеллекта. В частности, такие исследования непосредственно связаны с разработкой роботов, обладающих элементами интеллекта.

Проблемы, с которыми сталкиваются эти науки, естественно, стоят и перед биологией.

Проблемы и перспективы развития биологии

Конечно, это напрямую связано с решением самых важных проблем человечества, таких как продовольственный потенциал планеты, экология проживания человека, здоровье человека и, в перспективе, энергия на основе биотехнологий. Давайте подробнее остановимся на этих проблемах.

Первостепенной проблемой является создание достаточного продовольственного потенциала для быстрорастущей человеческой популяции. Конечно, эта проблема тесно связана с демографической проблемой. Прогнозы показывают, что к 2025 году население планеты достигнет 8,3 миллиарда человек, а к концу XXI века ожидается стабилизация на уровне 11 миллиардов человек, что почти вдвое превышает текущую популяцию. Эта демографическая динамика имеет колоссальное значение в свете географического распределения: около 70% увеличения населения ожидается в развивающихся странах, где ситуация с продовольствием наиболее напряженная.

Результаты исследований в биологии применяются во многих областях, в том числе весьма удаленных от биологии. Микробиология широко используется для получения новых и эффективных лекарственных препаратов и для разработки месторождений с использованием микроорганизмов.

За последние сто лет биология развивалась с потрясающей скоростью. В этот период сформировались такие ее разделы, как цитология, генетика, теория эволюции, биохимия, биофизика, экология. Открытия в области химии, физики и других наук дали толчок развитию биологии, и наоборот.

Список использованной литературы

2. Журнал «Химия и жизнь», №7-8, 2003

3. Самыгин С.И. «Концепции современного естествознания», 2004

1. В своей книге «Концепции современного естествознания», опубликованной в 2002 году, В.А. Стародубцев излагает основные идеи и концепции, лежащие в основе современной науки.

2. В работе «Проблемы развития биологии в 21 веке», выпущенной В.К. Шумным в 2001 году, автор обсуждает актуальные вопросы, стоящие перед биологией в настоящее время.

3. В «Энциклопедическом словаре юного биолога», изданном в 1986 году, содержится обширная информация о различных аспектах биологии для молодых читателей.

4. Энциклопедия «Экология», изданная в 2001 году, представляет собой исчерпывающий справочник по экологическим вопросам и понятиям.

5. Дополнительную информацию можно найти по ссылке на источник: Источник.

Универсальная вакцина, победа над слепотой и сексом: 10 главных надежд в области биологии

1. ПРИВИТАЙТЕ, РАК!

T-киллеры, способные изменять геном

Много лет назад врачи мечтали о вакцине против рака, способной находить и уничтожать только клетки опухоли. И вот две статьи, опубликованные пять лет назад в журналах Science Translational Medicine и New England Journal of Medicine, подняли эту тему. В них рассказывалось о том, как в клинике при Университете Пенсильвании двое пациентов полностью излечились от лейкемии благодаря новейшей вакцине.

Клетки иммунитета, называемые Т-лимфоцитами, были извлечены из пациентов и искусственно перепрограммированы, чтобы находить и уничтожать раковые клетки. При введении этих модифицированных лимфоцитов в организм пациента они начинали активно делиться, что приводило к появлению тысяч «обученных» Т-лимфоцитов. Они успешно уничтожали раковые клетки, и после их исчезновения небольшая группа этих лимфоцитов сохранялась в организме. Аналогичные процессы происходят и при заражении инфекцией: «обученные» Т-лимфоциты размножаются, защищают от болезни и оставляют небольшую популяцию в организме, готовую к новой борьбе против заразы. Именно так и происходит ремиссия в исследовании университета Пенсильвании: если раковые клетки начинают снова размножаться, «обученные» Т-лимфоциты их уничтожают.

За три года количество пациентов, полностью излечившихся благодаря такой вакцине, выросло до 122, и теперь она применяется не только для лечения лейкемии, но и меланомы. Сейчас в университетах мира проводятся клинические исследования, которые дают шанс использовать эти новые методы в лечении различных видов опухолей.

2. ЗАРИШУЙТЕ ПОЛЕ ВСЕЛЕННОЙ!

ГМО-растения и животные, устойчивые к болезням

Начиная с 2006 года, человечество производит достаточное количество пищи для того, чтобы накормить всех. Голод существует только из-за неравномерного распределения. Этот успех является результатом «зеленой революции» — прорыва в селекции растений в середине ХХ века, когда агроном Норман Борлоуг (лауреат Нобелевской премии мира) смог покормить всю планету. Однако за девять лет до своей смерти в 2000 году нобелиат предупредил нас, что возможности его методов исчерпаны. Нам больше негде брать новые земли под возделывание, и чтобы кормить растущую армию ртов, мы должны использовать генетические модификации уже существующих организмов, увеличивая их продуктивность и устойчивость к болезням.

Например, в Бангладеш баклажан является одной из ключевых культур, и пропавший урожай баклажана в этой тропической стране становится постоянным риском голода и смертей. В 2012 году страна разрешила и массово начала плантировать ГМО-сорт «бринджаль», который содержит гены микроба Bacillus thuringiensis, который широко применяется для опрыскивания растений. Теперь баклажан может отпугивать вредителей самостоятельно, без посторонней помощи.

Прогресс не остановим, вопрос только в том, какие страны будут иметь доступ к этим достижениям, а какие нет.

3. ПОБЕДА НАД СЛЕПОТОЙ:

развитие оптогенетики

Ученые в США уже сегодня проводят процедуру вживления неработающей сетчатки длинными тонкими иглами слепым людям и инфицируют ее безопасными вирусами. Вирус внедряет гены миниатюрных водорослей, которые всегда находятся в море и реагируют на свет. Таким образом, глаз слепого пациента становится химерным: в нем присутствует ДНК двух существ — водорослей и человека. Теперь человек снова может видеть свет.

Десять лет назад Карл Дейссерот из Стэнфорда обнаружил это сходство. У него возникла идея: подвергая нейроны генной инженерии, например, у мышей, вводить в их ДНК ген ChR2, ответственный за светочувствительные каналы. Таким образом, на поверхности этих нейронов появятся опсиновые каналы. Используя модифицированный голубой фонарик, имеющий пиковую чувствительность в этой части спектра ChR2, можно осветить отверстие в черепе мыши и стимулировать нейроны, как будто это водоросли.

В связи с этим появилось новое слово — «оптогенетика». В результате появилось множество новых концепций. Ген ChR2 был успешно внедрен в определенные нейроны и нейронные сети. Теперь управление мозгом стало гораздо проще с помощью света: мышам удалось внушить ложные воспоминания, излечить их от кокаиновой зависимости и остановить тремор у мышей с болезнью Паркинсона.

Оптогенетика уже научилась управлять не только нейронами, но и другими клетками, такими как сердечная мышца и рецепторы в коже. Ключевым моментом стало то, что с помощью светодиода можно активировать определенные гены в этих клетках. Так что это похоже на световую палочку, указывающую на определенные результаты.

4. ПОБЕДА НАД СТАРОСТЬЮ:

искусственное удлинение теломер

В 2016 году впервые удалось изменить концы хромосом живого человека, что прямо связано с продолжительностью жизни. Речь идет о восстановлении теломер — участков хромосом, на которых нет значимых генов. Существуют специальные манипуляторы, которые растягивают копии хромосом при делении клеток. При каждом делении клеток эти теломеры становятся короче, но специальные гены отвечают за их продление. Однако в старости частота продления замедляется, следовательно, сокращается длина смысловых участков хромосом. Считается, что это повышает риск рака и ускоряет старение тканей и органов. В 2016 году главе компании BioViva Элизабет Пэрриш, у которой было выявлено преждевременное старение в 44 года, были внедрены дополнительные гены, отвечающие за восстановление теломер. Это был маркетинговый ход, и оказался успешным: в 2016 году новости сообщали, что ее теломеры увеличились примерно на тысячу нуклеотидов, что эквивалентно приблизительно двадцати годам молодости.

Источник