Тема:Введение: место биологии растений в системе биологических наук и ее роль в решении глобальных задач человечества (стр. 1 )

Лекция №1

Тема:Введение: место биологии растений в системе биологических наук и ее роль в решении глобальных задач человечества

Биологию часто называют наукой 21 века. И действительно, это один из самых быстро развивающихся разделов современною естествознания.

Если многие важные математические закономерности были известны еще в античном мире, а наиболее бурный европейский период в развитии математики, связанный с работами К. Гаусса и Л. Эйлера, приходится на 18 и середину 19 в., если важнейшие открытия в области физики и химии (расщепление атомного ядра, создание квантовой теории, работы и ) сделаны на рубеже 19 и 20 вв. либо в самом начале 20 в., то открытия, резко изменившие облик современной биологии, а именно расшифровка структуры ДНК, генетического кода, механизма биосинтеза белка и регуляции активности гена, сделаны уже во второй половине 20 в., причем эти открытия оказались настолько важны, что полностью изменили облик всех разделов биологии, в том числе и биологии растений.

Длительное время, вплоть до середины 19 в., биология растений, или ботаника, была в основном описательной наукой. Усилия ученых-ботаников были сосредоточены в основном на описании строения и классификации растений, но открытия середины 20 в. в области биохимии и молекулярной биологии, а также развитие генетических и экологических представлений превратили биологию растений из чисто описательной науки в один из интереснейших разделов современной биологии.

С развитием биологии растений связано решение таких глобальных задач, как обеспечение человечества продуктами питания, сырьем и энергией, решение стоящих перед человечеством экологических проблем и вопросов, связанных с охраной здоровья человека. От понимания жизни растений и разработки научно обоснованных путей их рационального использования зависит в настоящее время не только экономическое процветание, но, возможно, и само существование человечества на Земле.

Растения — основа жизни на Земле. Тимирязев называл растения космическим мостом между Землей и Солнцем. Зеленые растения создают в процессе фотосинтеза органические вещества, аккумулирующие энергию солнечного света, которые, в свою очередь, служат пищей (т. е. источником энергии и материалом для построения тела) для всех остальных обитателей Земли. В процессе фотосинтеза зеленые растения вырабатывают кислород, необходимый для дыхания подавляющего большинства живых организмов. В верхних слоях атмосферы выделяемый в процессе фотосинтеза кислород превращается в озон. Образующийся таким образом озоновый экран защищает Землю от губительного для всего живого жесткого ультрафиолетового излучения Солнца.

Подчеркивая роль фотосинтезирующих организмов в жизни Земли, писал, что фотосинтез «это процесс, от которого в конечной инстанции зависят все проявления жизни на нашей планете».

Растения являются не только основой жизни на Земле, но и фундаментом человеческой цивилизации. Как известно, первыми занятиями древнею человека были охота и собирательство. При относительно низкой численности населения и богатых охотничьих угодьях охотничьи племена могли процветать, однако достичь высокого уровня культуры они не смогли, поскольку охота и собирательство славили человека в исключительную зависимость от сил природы. Подняться над силами природы, обеспечив себя относительно стабильным источником питания, человек сумел лишь с появлением домашних животных и культурных растений, причем ведущую роль в развитии человеческой цивилизации сыграло именно «приручение» растений.

Если мы представим себе скотоводческое племя, в воображении невольно возникают стада домашних животных, волоки или нарты с поклажей, временные жилища — палатки или юрты, покрытые шкурами и относительно примитивные орудия труда (каменные ножи и топоры, костяные крючки и иглы). Такой была культура неолита, сохранившаяся практически неизменной в течение тысячелетий, вплоть до 19-20 вв. у народов Крайнего Севера, Африки, Южной Америки. Отдельные черты этой культуры можно и сейчас наблюдать у скотоводов Крайнего Севера, Монголии и Средней Азии. Необходимость постоянно кочевать в поисках пастбищ для животных не позволяет скотоводческим племенам подняться на более высокий уровень цивилизации, поскольку препятствует развитию ремесел, основанных на сложных длительных технологиях.

Развитие цивилизации в современном понимании этого слова, начинается только с возникновением земледелия. У земледельческих племен рядом с возделанными нолями возникают деревни — места постоянного поселения с жилищами, в которых можно жить годами, а иногда и столетиями. Оседлый образ жизни создает возможность создания таких сложных и длительных технологических процессов, как выплавка и обработка металлов, гончарное производство, ткачество.

Земледелие концентрирует огромные массы населения в местах с особенно плодородной почвой, где ноля из года в год удобряются за счет разлива рек — в долине Нила, в Междуречье между Тигром и Евфратом, в долинах Инда и Ганга, Янцзы и Хуанхэ. Так возникают цивилизации Древнею Египта, Междуречья (Вавилон, Ассирия), Древней Индии и Ки тая, в которых впервые появляется государство, а вместе с ними чиновники и армия, дворцы и храмы, ремесла, науки и искусства.

Египетские пирамиды и греческий Парфенон, древнеримский Колизей и средневековый замок на горе, рабы и рабовладельцы, искусство Возрождения и ракеты, поднимающиеся в космос, тирания и демократия, войны и революции — все взлеты и падения человечества, связанные с развитием цивилизации, в конечном счете вырастают из маленького «прирученного» древним земледельцем зерна.

Порою кажется, что в настоящее время значение сельского хозяйства в развитии человечества уменьшилось. Первенство на мировой арене занимают страны с высоким уровнем промышленного развития, а страны, специализирующиеся на производстве сельскохозяйственной продукции, как правило, отстают в своем развитии. Однако и сейчас умение решать проблемы, связанные с обеспечением населения продуктами питания, является одним из важнейших элементов независимой политики и высокого престижа государства на международной арене. Так, Соединенные Штаты Америки не только одна из самых промышленно развитых стран в мире, но и крупнейший поставщик на мировой рынок зерна и других продуктов сельского хозяйства. В то же время недостаточное производство продуктов питания отрицательно сказывается на международном престиже страны, ее внутренней и международной политике, что особенно остро проявляется в сложной международной обстановке, в условиях социальных потрясений: голод после Первой мировой войны в Германии, ощутимая нехватка продовольствия во время Первой и Второй мировой войны в Великобритании и, наконец, ощутимая нехватка продовольствия во время Первой и Второй мировых войн, голод в период гражданской войны и коллективизации и постоянные, обостряющие социальную напряженность проблемы с сельским хозяйством в России.

Низкий уровень развития сельскою хозяйства и постоянный дефицит продуктов питания может поставить страну буквально в рабскую зависимость от поставщиков продовольствия и импортеров производимого в стране сырья. Ярким примером подобной ситуации является Боливия. Колебания цен на олово на рынках США неоднократно ставили эту страну на грань экономической катастрофы.

Обеспечение населения продуктами питания — одна из сложнейших задач, стоящих перед всем человечеством. В связи с этим колоссальные усилия генетиков и селекционеров во всем мире направлены на получение новых высокоурожайных сортов сельскохозяйственных растений, устойчивых к воздействию неблагоприятных факторов окружающей среды. Особое внимание уделяется селекции зерновых культур, особенно пшеницы. Внедрение новых высокоурожайных сортов сельскохозяйственных растений (в первую очередь короткостебельной мексиканской пшеницы) и новейших методов агротехники, получившее название «зеленой революции», позволило существенно снизить остроту продовольственной проблемы в целом ряде развивающихся стран, в первую очередь в Индии, Китае и Пакистане.

Помимо продовольственного, человечеству в самое ближайшее время угрожает и энергетический кризис. Запасы минерального сырья, в первую очередь нефти и газа, ограничены и близки к истощению. В то же время растения путем фотосинтеза производят ежегодно огромное количество органического вещества, которое в будущем человечество сможет использовать в качестве энергетического сырья. Подобный эксперимент уже проводится в Бразилии, где из отходов сахарного тростника в промышленных масштабах получают спирт, который используется как топливо для автомобилей. Преимуществом использования спирта в качестве топлива является не только экономия нефтепродуктов, но и его полная экологическая безопасность, поскольку в отличие от нефтепродуктов, образующих при сгорании множество ядовитых, в том числе и канцерогенных (вызывающих развитие злокачественных опухолей) веществ, спирт при сгорании полностью распадается на углекислый газ и воду.

Возможно, в недалеком будущем одним из важнейших источников энергии для всего человечества станет управляемый процесс фотосинтеза, который интенсивно изучается в ведущих биологических лабораториях мира. В процессе фотосинтеза растения используют около 1% энергии падающего на них света. Однако существует принципиальная возможность с помощью методов генной и белковой инженерии сделать фотосинтез более эффективным, повысить его коэффициент полезного действия. Достаточно научиться управлять процессом фотолиза — распада воды на кислород и водород под действием солнечного света и человечество будет обеспечено прекрасным, экологически чистым водородным топливом.

Важное значение в жизни современного человечества имеет и использование леса. Дерево — прекрасный строительный материал и сырье для производства бумаги, а продукты переработки древесины используются в химической и фармацевтической промышленности. В странах Северной Европы отработана технология культивирования деревьев на специальных плантациях, что позволяет повысить эффективность и экономичность заготовки древесины, не разрушая при этом естественных лесов.