Підручник з Біології і екології. 11 клас. Шаламов - Нова програма

§ 47. Біологія та майбутнє людства

Знання про функціонування нашого тіла є передумовою розвитку медицини майбутнього

У ХХІ ст. біологія є і буде одним із наріжних каменів існування цивілізації, бо саме ця наука забезпечує розуміння функціонування людського організму й біосфери Землі, від якої ми залежимо. Такі знання є вкрай важливими з огляду на прийдешні часи: лише докорінно зрозумівши себе й те, чим живе світ довкола, ми зможемо свідомо змінювати їх, більше створюючи, ніж руйнуючи.

Однією з нагальних потреб медицини є розуміння процесів, що відбуваються в організмі на молекулярному та клітинному рівнях, бо саме тут починаються всі хвороби. І допомогти з'ясувати це має біологія. Завдяки все більшому розширенню арсеналу підходів і методів біодосліджень, експериментам над штучно створеними тканинами й органами, зростанню можливостей моделювання та комп'ютерної обробки даних амбітна ціль — зрозуміти, як працює людський організм і чому та в який спосіб виникають хвороби, — є усе ближчою до досягнення. Після розшифрування геному людини було розпочато рух до розшифрування й мапування інших важливих її систем: змін геному без зміни послідовності нуклеотидів (епігеному), набору матричних РНК (транскриптому), білків (протеому), нейронів головного мозку (коннектому, рис. 47.1), мікрофлори організму (мікробіому) тощо. Усі ці «-оми» якраз і є тим шляхом, що веде до створення всеохопної картини функціонування нашого організму. А отримані знання потрібні не лише для вирішення проблем людського здоров'я, але і є передумовою впровадження багатьох технологій медицини майбутнього.

Рис. 47.1. Схеми основних нервових шляхів людського мозку (штучні кольори)

Персоналізована медицина зробить профілактику й лікування індивідуальними

Розвиток ефективних і дешевих методів діагностики й аналізу людського організму та розуміння процесів, що відбуваються в ньому, дозволить у майбутньому зробити медицину персоналізованою. Річ у тім, що чутливість до лікарських препаратів і ймовірність розвитку побічних ефектів від їх прийому залежать від індивідуальних особливостей кожної людини. А вони так само визначаються геномом. Тому, з'ясувавши генотип організму за допомогою ДНК-чіпів чи послідовність нуклеотидів у ДНК завдяки секвенуванню1, можна визначити існування факторів, що можуть знижувати ефективність терапії чи сприяти розвитку побічних ефектів. Наприклад, препарат від естрогензалежного раку грудей (тамоксифен) не давав результату під час лікування 65 % жінок, оскільки в них наявний специфічний алель гена, продукт якого швидко руйнував препарат. Тож тепер перед застосуванням тамоксифену визначають генотип за цим геном і призначають препарат лише тим, хто до нього чутливий. Зрештою, у майбутньому можлива навіть поява пацієнтоспецифічних ліків, створених винятково для лікування цієї людини — питання лише в ціні такої технології.

1 Нагадаємо, що секвенування — це визначення послідовності нуклеотидів у нуклеїновій кислоті; у 2018 році ціна комерційного секвенування знизилася до 200 доларів США за цілий геном людини!

Визначення генотипу конкретної людини також може допомогти в профілактиці полігенних захворювань (діабету ІІ типу, раку чи хвороб Альцгеймера й Паркінсона), які зумовлені наявністю специфічних алелей у генотипах. Лікарі й лікарки, знаючи з генотипу можливість їх розвитку, рекомендуватимуть пацієнтові чи пацієнтці змінити спосіб життя й частіше проходити обстеження, щоб діагностувати хворобу на початкових стадіях, якщо та з'явиться.

Нові технології дозволять контролювати, змінювати, виправляти параметри нашого тіла

Важливу роль у профілактиці відіграватимуть мініатюрні біосенсори-імплантати (рис. 47.2), які вживлятимуть під шкіру й забезпечуватимуть постійний контроль параметрів тіла людини. При цьому отримані дані можуть надсилатися не лише людині-носієві імплантату, але й до системи охорони здоров'я, що підвищить якість діагностики й швидкість реагування на зміни в тілі.

Досягнення регенеративної медицини — створення тканини й органів із стовбурових клітин та їх безпечна трансплантація — дозволять вирішити проблеми порушення роботи систем організму із віком, їхнє оновлення й омолодження.

Генна терапія вже в найближчому майбутньому стане звичною медичною процедурою, що лікуватиме спадкові порушення та хвороби. Питання ж покращення людського генофонду лишається відкритим, хоча робота в цьому напрямі також буде рухатися: наприклад, люди «вакцинуватимуться» ще до народження (шляхом уведення генів антитіл до відомих антигенів) чи виправлятимуться гени, що є причиною розвитку хвороби. Але етичні проблеми таких модифікацій іще далекі від вирішення.

Зрештою, розвиток науки про старіння, накопичення знань про цей процес і технологій його сповільнення може значно збільшити тривалість життя людини, і, гіпотетично, зробити в далекому майбутньому людей безсмертними.

Рис. 47.2. Мініатюрні біосенсори-імплантати для визначення рівня кисню (А) і вмісту глюкози, молочної кислоти, АТФ і тропоніну в крові (Б)

Біологічні технології повинні сприяти вирішенню глобальних екологічних проблем

Підвищення якості медичного обслуговування має й зворотній бік — менша смертність підвищить темп зростання чисельності людства. А це сприятиме посиленню глобальних екологічних проблем. Тому іншим завданням біології в майбутньому стане максимальне підвищення ефективності виробничих процесів зі зменшенням їх негативного впливу на довкілля.

Перша проблема, яка постане, — забезпечення їжею. Передусім її вирішенню може зарадити штучний фотосинтез. Уже розроблено системи, які здійснюють розщеплення води на водень і кисень більш ефективно, ніж фотосистеми хлоропластів (рис. 47.3, А). Але отриманий водень — це паливо, а не їжа. Тому наразі триває створення пристроїв, що зможуть використовувати електрони, «відірвані» за рахунок енергії світла від Гідрогену для відновлення Карбону вуглекислого газу й утворення органічних сполук (рис. 47.3, Б).

Іншими перспективними підходами до вирішення проблеми харчування мільярдів людей є вертикальне фермерство та водне «сільське господарство» (використання аквакультур) (рис. 47.4). Перший із підходів дозволяє за рахунок вирощування рослин без ґрунту в поживних розчинах1 розмістити окремі організми не поряд, а одне над одним. Це дає змогу значно зекономити площу, потрібну для отримання врожаю, а значить, не руйнувати нові природні екосистеми. Використання води замість ґрунту як поживного середовища вигідне тим, що 2/3 поверхні Землі вкрито нею. Нині в аквакультурі вирощують здебільшого молюсків, раків і риб, але в майбутньому основну увагу буде зосереджено на вирощуванні водоростей, оскільки це вигідніше.

Рис. 47.3. Штучний фотосинтез

A. Фотохімічна система, що розщеплює воду на водень (біла пластинка), і кисень (червона пластинка) під дією світла. Б. Схема приладу для штучного фотосинтезу.

1 Такий спосіб рослинництва отримав назву гідропоніка.

Рис. 47.4. Перспективні способи вирощування рослин

A. Вертикальне фермерство дозволяє зекономити площу, зайняту агроекосистемами. Б. Вирощування водоростей у аквакультурі можливе в прибережних водах багатьох країн.

Існують й інші проблеми негативного впливу людини на довкілля, вирішенню яких сприятимуть біотехнології. Так, отримання альтернативних викопному видів палива з відходів завдяки археям (метан), бактеріям (водень), грибам (спирти), водоростям і наземним рослинам (олії) допоможе сповільнити зміну клімату. Створення корисних матеріалів і речовин на основі природних, зможе значно знизити рівень викидів до довкілля. Упровадження біологічних компонентів (ферментів, антитіл) у побут і промисловість позитивно впливатиме на їхню екологічність. Урешті-решт, створення й використання біологічних комп'ютерів і синтетичних форм життя може значно розширити наші технологічні можливості в непередбачений спосіб! А може, на жаль, стати зброєю масового ураження...

Космічна біологія майбутнього повинна убезпечити мандрівки Всесвітом

Уже зараз зрозуміло, що в недалекому майбутньому людство зможе вийти за межі Землі й почати заселяти космос. Тоді перед біологією виникне ряд проблем, пов'язаних із життям людей та інших організмів за відсутності сили тяжіння та під дією космічної радіації. Річ у тім, що за відсутності гравітації кістки стають менш міцними, м'язи — слабшими, а параметри серцево-судинної системи суттєво змінюються. Космічна радіація1 є причиною мутацій і розвитку раку. Ймовірніше, вирішення обох проблем буде технологічним, але біології майбутнього ще доведеться навчитися визначати безпечність і перспективність різних рішень окреслених проблем, а можливо, й зарадити ним у якийсь спосіб.

Іншим підходом до вирішення проблеми здоров'я людей під час тривалої космічної мандрівки є введення їх у стан кріосну. Американське національне управління з аеронавтики й дослідження космічного простору (NASA) вже працює над реалізацією цієї технології. Для цього запропоновано вводити людей у медикаментозний сон і переносити до камери терапевтичної гіпотермії. За зниженої температури швидкість процесів обміну речовин сповільниться й тіло майже не руйнуватиметься. Під час кріосну поживні речовини вводитимуться, а продукти обміну речовин виводитимуться через трубки, за аналогією до методу очищення крові діалізом.

Щоб заселити нові планети, потрібно створити на них біосферу

Коли людство все ж таки досягне інших планет (імовірно, першою з них буде Марс), то виникне дві проблеми: як змінити умови на планеті для того, щоб можна було на ній жити в незамкненому просторі (не під куполом чи в герметичних печерах), та згодом — як доправити на неї більше людей для заселення.

1 У Сонячній системі це переважно зоряний вітер від Сонця — потік заряджених частинок, що на поверхню Землі не потрапляє й відхиляється магнітосферою.

Рис. 47.5. Прогнозовані зміни зовнішнього вигляду Марсу в процесі тераформування

Тераформування1 — процес зміни кліматичних умов космічного тіла для життя наземних істот — однозначно буде здійснюватися за участі живих організмів (рис. 47.5). Наразі відомо, що в змодельованих умовах Марсу можуть виживати деякі ціанобактерії та археї. Оселення цих організмів на планеті призведе до виділення парникових газів (вуглекислого газу, метану), що сприятиме розігріванню планети. Крім того, разом із киснем вони поступово утворюватимуть первинну атмосферу планети, а рештки відмерлих організмів ставатимуть основою ґрунту. Але для реалізації цього сценарію обрана для заселення планета повинна мати значні запаси води. Майбутнім «інопланетним» екологам і екологиням доведеться створювати за допомогою методів генної інженерії нові види мікро- і макроорганізмів, пристосованих до умов нового світу. Ба більше, їм доведеться конструювати цілі позаземні екосистеми. І в усіх цих справах не обійтися без розуміння закономірностей біології та екології!

Проблема ж доставки людей на іншу планету вже частково розв'язана. Найімовірніше, поселенці полетять до свого нового дому у вигляді заморожених ембріонів. Наразі вже розроблено технологію заморожування ембріонів у рідкому азоті без втрати їхньої життєздатності. А «виношування» плоду буде здійснено спочатку на поживному середовищі, а згодом у штучній матці (рис. 47.6).

Однак, не варто забувати, що на нашій планеті ще вдосталь незаселених місць і океанічних просторів. Освоїти їх набагато простіше (і дешевше!), ніж навіть сусідній Місяць. Але для здійснення цього нам потрібно навчитися не «висмоктувати соки» із планети й не руйнувати всіма можливими шляхами, а зрозуміти її, нарешті полюбити і зберегти. Зберегти для себе і своїх дітей!

Рис. 47.6. Штучна матка

A. Схема пристрою. 1. Джерело поживних речовин. 2. Пристрій із очищення й насичення крові киснем і поживними речовинами. 3. «Пуповина». 4. Пакет із навколоплідною рідиною. Б. Плід ягня в штучній матці.

1 Від лат. terra — земля і forma — вид.

Кінцеве слово

Дорогі випускники й випускниці! Ось і завершився курс вивчення біології в школі. Згадайте, скільки всього було в ньому: біологія рослин, грибів, бактерій, тварин; біологія людини; загальна біологія, окремі розділи біології й екології в старшій школі. Протягом цього часу на уроках ви вчилися впевнено й відповідально діяти в довкіллі, пізнавали принципи функціонування живої природи, як дбати про своє здоров'я й здоров'я близьких людей.

Учительки й учителі професійно й захопливо вчили вас любити та розуміти рідну природу й природу всієї планети, усвідомлювати важливість цього для збереження життя на Землі. Зрештою, ви закінчуєте навчання в школі й для багатьох із вас це був останній урок із біології в житті. Але життя не зупиняється, як не завершується й наука про нього — біологія. Продовжуйте цікавитися життям — і воно буде захопливим і щасливим для вас!

Кожен і кожна з вас — людина, чия біосоціальна сутність не викликає сумнівів. Ви живете в суспільстві й у природі як об'єднувальна ланка двох світів, тому якими вони будуть, залежить лише від вас. Чи збережемо ми природу планети для розвитку людства та його щасливого існування? Чи будемо жити довго в доброму здоров'ї? Чи збудуємо заможні сім'ї й виростимо щасливих і здорових дітей? Це питання, на які дати відповідь допомагали ваші вчительки й учителі біології. Подякуйте їм за це!

А ви крокуєте до світу подальшої освіти й професійної діяльності. Про яку б професію ви не мріяли сьогодні, завтра світ зміниться, і вона може бути вже зовсім іншою. Головний багаж, із яким ви залишаєте школу — це вміння вчитися, розучуватися й переучуватися. Нічого не бійтеся, особливо помилятися. Не засмучуйтесь, якщо будуть невдачі та провали. Пам'ятайте: не помиляється той, хто нічого не робить. Робіть спроби, експериментуйте, досліджуйте й тіштеся кожній, навіть найменшій, перемозі. Радійте перемогам друзів і знайомих! Будьте позитивними, радісними й самодостатніми! Лише таким людям посміхається удача.

Біологія сьогодні — це найпотужніший двигун прогресу людства. Біологічні науки, екологія, медицина й біотехнології піднімають нас на все вищі й вищі щаблі розуміння світу природи й щасливого життя. Знайте, немає нічого неможливого! Але щоб досягти успіху, потрібно палко любити те, що робиш. Отож любіть свою справу! Любіть її заради того, що вона робить світ кращим, а вас і людство щасливішими. Ставте перед собою амбітні цілі й досягайте їх, оточуйте турботою й любов'ю близьких і рідних. Будьте гідними громадянами й громадянками світу з Україною в серці!

Із любов'ю й повагою, автори

Попередня
Сторінка
Наступна
Сторінка

Зміст