МЧС РОССИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «АКАДЕМИЯ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ СЛУЖБЫ МИНИСТЕРСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ» Кафедра философии Материалы для дистанционного обучения по дисциплине Концепции современного естествознания Тема 14-15. Современные проблемы биологии Учебные вопросы: 1. Сущность генетики и основные этапы развития её развития 2. Клонирование. Проблема клонирования человека и социальные последствия 1 его Учебный вопрос №1. Сущность генетики и основные этапы её развития На прошлой лекции мы рассмотрели этапы развития биологии, а на этой лекции мы рассмотрим её важнейшие современные проблемы: перспективы генетики и клонирования человека. Генетика представляет собой одну из основных, наиболее увлекательных и вместе с тем сложных дисциплин современного естествознания. Место генетики среди биологических наук и особый интерес к ней определяются тем, что она изучает основные свойства организмов, а именно наследственность и изменчивость. Без преувеличения можно сказать, что, наряду с молекулярной генетикой, генетика человека относится к наиболее прогрессирующим разделам генетики в целом. Ее исследования простираются от биохимического до популяционного, с включением клеточного и организменного уровней. Официальным рождением генетики принято считать весну 1900 г., когда три ботаника, независимо друг от друга, в трех разных странах, на разных объектах, пришли к открытию некоторых важнейших закономерностей наследования признаков в потомстве гибридов. Г. де Фриз (Голландия), К. Корренс; в том же году К. Чермак (Австрия) выступил в печати со статьей (Об искусственном скрещивании). Оказалось, что три ботаника, открывших закономерность расщепления в потомстве внутривидовых гибридов, всего-навсего «переоткрыли» закономерности наследования, открытые еще в 1865 г. Грегором Менделем. Г. Мендель на растениях гороха разрабатывал методы генетического анализа наследования отдельных признаков организма и установил два принципиально важных явления: 1. признаки определяются отдельными наследственными факторами, которые передаются через половые клетки; 2. отдельные признаки организмов при скрещивании не исчезают, а сохраняются в потомстве в том же виде, в каком они были у родительских организмов. . В 1901 г. де Фриз формулирует теорию мутаций, в которой утверждается, что наследственные свойства и признаки организмов изменяются скачкообразно – мутационно. На следующем этапе развития генетики было доказано, что наследственные формы связаны с хромосомами. С 1911 г. Т. Морган с сотрудниками в Колумбийском университете США экспериментально доказывал, что основными носителями генов являются хромосомы. В 1925 г. у нас в стране Г.А. Надсон и Г.С. Филиппов на грибах, а в 1927 г. Г. Мёллер в США на плодовой мушке дрозофиле получили доказательство влияния рентгеновых лучей на возникновение наследственных изменений. 2 Прежде всего, следует сказать о том, что теперь полностью доказано, что носители наследственности являются хромосомы, которые состоят из пучка молекул ДНК. В 1953 г. Ф. Крик (Англия) и Дж. Уотстон (США) расшифровали строение молекулы ДНК. Они установили, что каждая молекула ДНК слагается из двух полидезоксирибонуклеиновых цепочек, спирально закрученных вокруг общей оси. Сущность генетики ГЕНЕТИКА изучает способы передачи характерных признаков от одних поколений другим. ГЕН - единица наследственного материала, которая передается от поколения к поколению, способная изменяться, МУТИРОВАТЬ, обмениваться информацией с другими генами и следить за тем, чтобы организм приобрел определенный признак. Гены, открытые Грегором Менделем— на самом деле не что иное как последовательности пар оснований на молекуле ДНК. Совокупность генов организма – ГЕНОТИП. Вся информация в клетке хранится в молекуле ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) — знаменитой двойной спирали, или «скрученной лестницы». ГЕНЫ – входят в состав моль ДНК со специальным набором нуклеотидов, линейная последовательность которых отражает ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД. У человека и других высокоразвитых организмов ДНК обвернута вокруг молекулярного остова, вместе с которым она образует ХРОМОСОМУ. ХРОМОСОМА – структурный элемент клетки, она состоит из ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) и белка. Хромосома имеет более или менее удлиненную форму и состоит из пары нитей, объединенных в центре или в одном из её концов. Число хромосом сильно варьируется у разных видов, но всегда одинаково у определенного вида (46 у чел., 112 у водяной лилии, 520 у папоротника). Молекула ДНК имеет способность удваиваться: она делится на два волокна и каждое производит новое. ДНК – это полимер, т. е. огромная молекула, сформированная большим числом меньших единиц НУКЛЕОТИДОВ. Содержит только 4 нуклеотида, но этого достаточно, так они объединяются между собой. Эта макромолекула состоит из двух нитей, которые переплетены между собой, образуя своего рода витую лестницу. Такая структура называется двойной спиралью. ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД: генетическая информация содержится внутри ДНК и, чтобы белки могли синтезироваться, ДНК производит «посыльного», которому поручает передавать приказы. Посыльный – это РНК (рибонуклеиновая кислота – посыльный) Это удлиненная макромолекула, 3 копирующая информацию с ДНК. Когда она приближается к рибосоме, она прикрепляется к ней и начинает вырабатывать белок. Приказы передаются посредством комбинации оснований. ДНК имеет 4 различных азотистых оснований (, которые могут создавать 64 комбинации. Этого числа достаточно, так как необходимо произвести только 20 аминокислот, на основе которых синтезируются определённые виды белков. Программа всех организмов записана в ДНК (в виде длинной лестницы). Вся важная информация записана перекладинах – они состоят из 2 моль. этих оснований, которые крепятся к стойке. Считывая информацию по одной цепи ДНК, вы получите последовательность оснований. Эти основания — аденин, гуанин, цитозин и тимин — обычно обозначают буквами А, Г, Ц и Т. Представьте себе эту последовательность как сообщение, написанное с помощью алфавита, котором всего 4 буквы. Именно это сообщение и определяет ПОТОК ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ в клетке и, следовательно, особенности организма. Это и есть то, что называется ГЕНЕТИЧЕСКИМ КОДОМ. Генетический код шимпанзе на 98% совпадает с человеком. Это прямое подтверждение теории эволюции. Это означает, что наш предок жил относительно недавно. Геном человека – совокупность всех его ДНК – содержит приблизительно 30-50 т. генов Развитие генной инженерии. Генная инженерия возникла в 1970-е гг. как раздел молекулярной биологии, связанный с целенаправленным созданием новых комбинаций генетического материала, способного размножаться (в клетке) и синтезировать конечные продукты. Генная инженерия открыла перспективы конструирования новых биологических организмов — трансгенных растений и животных с заранее запланированными свойствами. По сути, непреодолимых природных ограничений для синтеза генов нет (так, существуют программы по созданию трансгенной овцы, покрытой вместо шерсти шелком; трансгенной козы, молоко которой содержит ценный для человека интерферон; трансгенного шпината, который вырабатывает белок, подавляющий ВИЧ-инфекции, и др.). Возникла новая отрасль промышленности — трансгенная биотехнология, занимающаяся конструированием и применением трансгенных организмов. (Сейчас в США функционирует уже около 2500 генно-инженерных фирм.) В неразрывной связи с разработкой технологий генной инженерии развиваются фундаментальные исследования в молекулярной биологии. Одним из важнейших направлений молекулярной биологии и генной инженерии является изучение геномов растительных и животных видов и разработка способов их реконструкции. Геном — это совокупность генов, характерных для гаплоидного, т.е. одинарного набора хромосом данного 4 вида организмов. В отличие от генотипа геном представляет собой характеристику вида, а не отдельной особи. Огромное значение имеет изучение генома человека. В рамках одного из самых трудоемких и дорогостоящих в истории науки международного проекта «Геном человека» (начат в 1988 г., задействовано несколько тысяч ученых из более чем 20 стран; стоимость — до 9 млрд долл.) была поставлена задача — выяснить последовательность нуклеотидных оснований во всех молекулах ДНК человека и локализовать их, т.е. полностью картировать все гены человека. Ожидается, что затем исследователи определят все функции генов и разработают технологические способы использования этих данных. К настоящему времени удалось установить, что геном человека состоит из 3 млрд нуклеотидов, 30 млн из которых (около 10% всей хромосомной ДНК) объединяется в 40 тысяч генов. (Можно предложить такую аналогию. Геном человека — это созданный природой грандиозный текст, состоящий из 3 млрд букв, в качестве которых выступают молекулы-нуклеотиды — аденин, гуанин, цитозин и тимин.) В 2003 г. было объявлено о завершении важной части проекта — выявлены последовательности нуклеотидов в 40 тыс. генов человека. (Функции остальных 90% нуклеотидов ДНК не вполне понятны, и сейчас они выясняются.) Интересно, что различия между двумя людьми на уровне ДНК составляют в среднем один нуклеотид на тысячу, они и обусловливают наследственные индивидуальные особенности каждого человека. К настоящему времени известно около 10 тыс. различных заболеваний человека, из которых более 3 тыс. — наследственные. В настоящее время для медицинских целей разрабатываются технологии, позволяющие за одну неделю получить «генетическую карту» человека и записать ее на компакт-диск. С недавних пор остро обсуждается вопрос о конфиденциальности генетической информации о конкретных людях. В некоторых странах приняты законы, ограничивающие распространение такой информации. Вместе с тем, как говорят специалисты, изучение генома человека прояснило гораздо меньше загадок, чем ожидалось. Удалось только «поставить указатели» для дальнейших исследований. Прочтение генома — это первый этап в понимании его функционирования. Задача следующего — разобраться в том, каковы функции генов, как и какие белки они синтезируют, как функционируют гены по отдельности и как они взаимодействуют между собой; иначе говоря, как работают вместе 3 млрд нуклеотидов. Это, пожалуй, главная проблема биологии XXI в. Трансгенные организмы: проблема жизни в генетически модифицированном мире. Уже сейчас молекулярная генетика открывает широкие перспективы для генной инженерии. Одно из таких перспективных направлений — создание трансгенных растений, животных, 5 микроорганизмов, т.е. таких организмов, в собственный генетический материал которых «встроены» чужеродные гены. На этом пути получены замечательные результаты. Так, за последние 15 лет прошли полевые испытания около 25 000 различных трансгенных растительных культур, одни из которых устойчивы к вирусам, другие — к гербицидам, третьи — к инсектицидам. Площадь посевов трансгенных гербицидоустойчивых сои, хлопка, кукурузы занимают 28 млн га во всем мире. Стоимость урожая трансгенного зерна 2000 г. оценен в 3 млрд долл. Развита и индустрия трансгенных животных. Они широко используются для научных целей как источник органов для трансплантации, как производители терапевтических белков, для тестирования вакцин и др. Например, в Германии трансгенный бык (по кличке Герман) содержит в своем геноме человеческий ген лактоферина, кодирующий синтез особого белка женского молока, от которого младенцы сладко спят. Для повышения эффективности сельского хозяйства предполагается создавать трансгенные растения с повышенной пищевой и кормовой ценностью, трансгенные деревья для производства бумаги, для наращивания древесины, трансгенных животных с повышенной продуктивностью биомассы и молока, трансгенные виды ценных пород рыб, в частности лососевых; и др. Острейшая дискуссия длится около 25 лет. Высказываются — и вполне обоснованно — опасения, что, если трансгенные микробы и трансгенные растения и животные, не участвовавшие в эволюции наряду с «естественными» организмами, будут свободно выпущены в биосферу, это приведет к таким негативным последствиям, о которых ученые и не подозревают. Уже сейчас можно говорить о неизбежном переносе генов и трансгенных организмов в «обыкновенные», что может поменять генетическую программу животных и человека; об активизации дремлющих патогенных микробов и возникновении эпидемий ранее неизвестных заболеваний растений, животных и человека; о вытеснении природных организмов из их экологических ниш и новом витке экологической катастрофы; о появлении все уничтожающих на своем пути монстров; и т.д. На основе этого делается вывод о необходимости запрета не только генных биотехнологий, но и научных исследований в данной области. Сторонники дальнейшего развития генной инженерии выдвигают свои аргументы. Они утверждают, что генная инженерия, по сути, занимается тем же (т.е. создает варианты генов), чем миллиарды лет занимается сама природа, создавая и отбирая в ходе эволюции генотипы биологических организмов; перенос генов между различными организмами также существует в природе (особенно между микробами и вирусами), поэтому появление трансгенных организмов в биосфере ничего нового не добавляет. 6 Учебный вопрос №2. Клонирование. Проблема клонирования человека и его социальные последствия В последнее время в средствах массовой информации распространяется много предсказаний, пожеланий, догадок и фантазий о клонировании живых организмов. Клон — совокупность клеток или организмов, генетически идентичных одной родоначальной клетке. Клонирование — метод создания клонов путем переноса генетического материала из одной (донорской) клетки в другую клетку (энуклеированную яйцеклетку). При этом следует различать перенос ядра эмбриональной клетки и перенос ядра соматической клетки взрослого организма. Энуклеация — методы, включающие полное удаление ядерного материала из яйцеклетки. Прежде всего следует отметить, что клоны существуют в природе. Они образуются при бесполовом размножении (партеногенез) микроорганизмов (митоз, простое деление), вегетативном размножении растений. В генетике растений клонирование давно освоено и выяснено, что члены одного клона значительно отличаются по многим признакам; более того, иногда эти различия даже больше, чем в генетически разных популяциях. Общеизвестный пример естественного клонирования — однояйцевые близнецы, развившиеся из одной яйцеклетки. У человека это всегда младенцы одного пола и всегда удивительно похожие друг на друга. Но и однояйцевые близнецы хотя и очень похожи друг на друга, но далеко не во всем идентичны. Нынешний клональный бум связан с ответом на вопрос, можно ли не из половой, а из соматической клетки (в отличие от половой клетки она имеет двойной набор хромосом) посредством извлечения из нее ядра и трансплантации его в «обезъядерную» яйцеклетку воссоздать организм? Можно сказать, «биологические часы» пошли вспять: развитие организма вновь может начинаться из генетического материала взрослой соматической клетки. Особо острые дискуссии развиваются вокруг проблемы клонирования человека. Пока отсутствуют технические возможности клонировать человека. Однако принципиально клонирование человека выглядит вполне выполнимым проектом Вместе с тем ученые очень осторожно относятся к перспективам клонирования, указывают на ограниченности этого метода. В частности, отмечают, что, исходя из закономерностей молекулярной генетики, можно сформулировать ряд предположений. Во-первых, длительность жизни клонированного организма не будет равна времени жизни нормального организма, сформировавшегося из половых клеток, а в любом случае меньше ее (с учетом возраста донорского организма); так, овечка Долли умерла в 2003 г., прожив чуть более 5 лет, 7 тогда как «естественные» овцы живут 14—15 лет. Ведь хромосомы соматической клетки значительно короче по сравнению с хромосомами половых (зародышевых) клеток. Во-вторых, клонированный организм будет нести на себе груз генетических мутаций донорской клетки, а значит, ее болезни, признаки старения и т.п. Следовательно, онтогенез клонов не идентичен онтогенезу их родителей: клоны проходят другой, сокращенный и насыщенный болезнями жизненный путь. Можно утверждать, что клонирование не несет омоложения, возврата молодости, бессмертия. Таким образом, метод клонирования нельзя считать абсолютно безопасным для человека. В-третьих, клонирование не есть копирование. Клон не является точной копией клонированного животного. Значит, человеческие клоны никогда не будут идентичны своим родителям, не говоря уже об их различном жизненном и социально-культурном опыте. Вообще, что же такое человеческий клон? С одной стороны, он может быть назван ребенком своего родителя. С другой стороны, он же одновременно является и чем-то вроде однояйцевого генетического близнеца своего родителя. Это рождает целый ряд моральных и юридических проблем. Самые острые среди них следующие: должен ли обладать человеческий клон всеми правами человека и гражданина; кто должен считаться его родителями, раз в его появлении на свет участвуют три особи: донор клетки, донор яйцеклетки и суррогатная мать; нужно ли в связи с этим, а если нужно, то в каком направлении, пересматривать соответствующие разделы конституционного, гражданского, семейного и наследственного права, в частности, какие (родительские) права (и обязанности) имеют «вкладчик генетического материала», донор яйцеклетки, суррогатная мать? Вполне возможно, что юристам придется рассмотреть и вопрос о праве собственности на свою ДНК — ведь клетки могут быть взяты без согласия человека. Юридическая сторона проблемы запутывается еще больше, если к этому добавить, что, по-видимому, нет принципиальных препятствий клонированию человека от клеток умершего человека. (Кто имеет право распоряжаться генетическим материалом умершего для последующего его клонирования? Может ли индивид, чьи клетки были клонированы после смерти, считаться отцом (матерью)? И т.д.) Не случайно многие общественные организации заявляют о моральной неприемлемости любых попыток клонирования человека. ООН готовит международное соглашение о запрете клонирования человека. Но, конечно, процесс познания мира не остановить. Очевидно, что исследования в области эмбриологии и клонирования человека очень важны для медицины, понимания путей достижения здоровья человека. Поэтому они должны проводиться. Непосредственное же клонирование человека (вплоть до обстоятельного уточнения правовых, этических и других аспектов этой проблемы) пока, по-видимому, неприемлемо. Однако сопутствующие 8 научные знания могут быть уже сейчас полезными в решении многих медицинских проблем (лечение бесплодия, клонирование тканей и органов человека для создания банка «запасных частей» для конкретных людей, что позволит обеспечить продление их жизни, и др.). Рано или поздно настанет время, когда генно-инженерные технологии в области принципов клонирования людей войдут в повседневную жизнь. Философский клонирование аспект проблемы: Уникальность личности и Что мы имеем в виду, когда произносим слово "я"? Вы уверены, что знаете ответ на этот вопрос? В чем разница между "я" и "не я"? Почему человек отождествляет своё тело, мысли, чувства с понятием "я", а всех других людей относит к "не я"? Вопрос первый: что относится к понятию "я" и "мое"? Голова, туловище, руки-ноги — это просто. Мысли, воспоминания, жизненный опыт, эмоции — это тоже часть "я". Без чего можно обойтись, оставаясь собой? Довольно быстро приходим к выводу, что люди живут без рук, без ног, с чужим сердцем и другими органами, оставаясь тем, кем были, сохраняя ощущение своего "я". С пересадкой или ампутацией мыслей сложнее. Средоточием "я" является мозг человека с заключённой в нём информацией. Именно этот сгусток живой материи изменённой и изменяющейся соответственно записываемой в него информации определяет индивидуальность личности, осознание собственного "я". У множества религий есть свой ответ на этот вопрос — "я" это душа, "я" находится там, где находится душа, отсюда происходят совершенно логичные (с точки зрения религий) утверждения о существовании загробного мира, о переселении душ и тому подобного. В конечном счёте, все эти утверждения объединяет одно: "я" уникально и неповторимо, оно может существовать в другом теле. Продолжим наши изуверские "опыты". У человека, неизлечимо больного, "списываем" и "архивируем" всю информацию из головного мозга, затем, после его смерти, эту информацию вкладываем в мозг индивидуумаклона, выращенного из клеток этого человека. Будет ли это восстановлением исходного индивидуума? Ответ становится очевидным, если то же самое сделать при жизни донора. Мы получим двух совершенно одинаковых людей, с одинаковым прошлым, схожим поведением, каждый из которых ощущает своё собственное "я" в своём собственном теле. Для окружающих это будет практически полноценная замена, но умершему это не поможет — он свой единственный шанс уже использовал. Попробуем осмыслить "результаты" наших "опытов" и приходим к следующим ВЫВОДАМ: 9 — Каждый индивидуум является единственным и неповторимым творением природы. То, что он ощущает в течение времени от рождения до смерти, уникально, присуще только ему. — Никакие попытки сохранения личности, собственного "я" индивидуума вне пределов его мозга не могут иметь успеха. В лучшем случае будут созданы только качественные копии и другие личности. — Никакие переселения душ или реинкарнация невозможны. В этом мире рано или поздно родятся все. Просто тот, кто не родится, об этом не узнает. Заключение Генетика - сравнительно молодая наука. Но перед ней стоят очень серьезные для человека проблемы. Так генетика очень важна для решения многих медицинских вопросов, связанных прежде всего с различными наследственными болезнями нервной системы (эпилепсия, шизофрения), эндокринной системы (кретинизм), крови (гемофилия, некоторые анемии), а также существованием целого ряда тяжелых дефектов в строении человека: короткопалость, мышечная атрофия и другие. С помощью новейших цитологических методов, цитогенетических в частности, производят широкие исследования генетических причин различного рода заболеваний, благодаря чему существует новый раздел медицины - медицинская цитогенетика. Особую роль генетика стала играть в фармацевтической промышленности с развитием генетики микроорганизмов и генной инженерии. Несомненно, многое остается неизученным, например, процесс возникновения мутаций или причины появления злокачественных опухолей. Именно своей важностью для решения многих проблем человека вызвана острая необходимость в дальнейшем развитии генетика. Тем более что каждый человек ответственен за наследственное благополучие своих детей, при этом важным фактором является его биологическое образование, так как знания в области аномалии, физиологии, генетики предостерегут человека от совершения ошибок. 1. 2. 3. 4. 5. Контрольные вопросы к теме № 8. Что изучает генетика? Что такое ДНК, какова его роль в живом организме? Какие возможности и какие опасности несет генетика человечеству? Что такое клонирование? Каковы социальные и философские аспекты проблемы клонирования человека? Литература Основная литература: 1. Концепции современного естествознания. /Под ред. В. Н. Лавриненко, 10 В. П. Ратникова: Учебник. - ЮНИТИ-ДАНА, 2009. С. 185-211. 2. Дубнищева Т. Я. Концепции современного естествознания: Учебник.М.: ООО «Издательство ЮКЭА», 2005. С. 683-730. 3. Матвеев А. В. Концепции современного естествознания: Конспект лекций. – Омск: Изд-во Ом. Гос.ун-та, 2008. С. 62-69. 4. Хорошавина С. Г. Концепции современного естествознания: Курс лекций. – Ростов н/Д: Феникс, 2008. С 182-195, 346-380. Дополнительная литература: 1. Волков А. Модель для сборки // Знание – сила. 2008. № 2. 2. Киселев Г.С. Мир человека: тупиковая ветвь эволюции // Вопросы философии. 2007. № 4. 3. Гнатик Е.Н. Роль ценностного подхода в антропогенетике и генетической инженерии // Вопросы философии. 2007. № 8. 4. Захваткин Ю.А. Преемственность поколений и их интеграция // Журнал общей биологии. 2008. № 4. 5. Нариньяни А.С. Между эволюцией и сверхвысокими технологиями: новый человек ближайшего будущего //Вопросы философии. 2008. № 4. 6. Сергеев Б.Ф. Ступени эволюции интеллекта. – М.: «УРСС», 2007. 7. Что же движет эволюцию? // Наука и жизнь. 2007. № 9. 8. Хруцкий К.С. Человек и биосфера – проблема эволюционного единства // Вопросы философии. 2007. № 10. 9. Чайковский Ю.В. Философия дарвинизма против философии эволюции // Вопросы философии. 2007. № 9. 10.Чубенко А. Сыновья Адама. Гены, история, география // Популярная механика. 2007. № 10. 11.Чубенко А. Мечты о бессмертии. Кто хочет жить вечно // Популярная механика. 2008. № 2. 11