Реферат: Естествознание в измененном мире

Одно из главных направлений дальнейшего развития — создание градиентных материалов, свойства которых изменяются от точки к точке. И здесь опять подсказку нам дает природа. Возьмем, например, иглу дикобраза или шип розы. Они «сделаны» из природных органических полимеров, то есть, по сути, из мягких материалов, но при этом благодаря неоднородной структуре не сминаются и обладают удивительной прочностью. Сейчас многие научные коллективы, в том числе и в Институте химической физики РАН, ведут работы по созданию пластичных неорганических материалов, которые легко поддавались бы переработке и не были хрупкими. Думаю, что лет через двадцать неорганические полимеры и неорганически-органические композиты смогут заменить многие строительные, конструкционные и другие материалы, получат дальнейшее развитие так называемые смарт-материалы, или, если перевести этот термин с английского, «умные» материалы которые способны изменять свои свойства в зависимости от внешних условий. В авиастроении такие материалы уже есть, но пока их мало и они не очень распространены.

На сегодняшний день почти все органические полимеры производят из нефти или, в небольших количествах, из газа. Запасы и того и другого не безграничны. Поэтому одна из основных задач, которую предстоит решить ученым в последующие 20—30 лет, — переход на получение полимерных материалов из возобновляемого сырья. Таким сырьем могут служить целлюлоза и хитин, но их переработка — экологически грязное производство. Можно надеяться, что в недалеком будущем появятся чистые технологии переработки; научный задел в этой области уже есть.

Применение неметаллических материалов обеспечивает значительную экономическую эффективность; коэффициент использования пластмасс, полимеров и стеклопластиков достигает 0,9—0,95, так как оформление изделий из них осуществляется пластическими методами с небольшими отходами. Пластмассы, полимеры и стеклопластики обеспечивают меньшую (в 5—6 раз) трудоемкость и более низкую себестоимость изделий по сравнению с металлами. [6]

3. Биотехнологии и медицина

Биотехнология — целенаправленное использование биологических объектов и процессов в разных отраслях производства: медицине, охране природы. Микроорганизмы, клетки растений, животных — основные объекты биотехнологии. Производство человеком с давних времен сыра, хлебопечение, виноделие, выделка кож на основе использования микроорганизмов. Генная инженерия — направление биотехнологии, в основе которого лежит пересадка генов от одного организма к другому, получение организмов с новыми свойствами. Создание с помощью пересадки генов новых сортов растений с ценными для человека признаками, например устойчивого к колорадскому жуку картофеля, высокоурожайных сортов сои и других растений. Возможность пересадки генов человека в клетки микроорганизмов с целью синтеза ими ценных для человека ферментов, гормонов, например инсулина, необходимого больным сахарным диабетом.

Клонирование — новое направление в биотехнологии, в основе которого лежит пересадка ядра из клетки тела в яйцеклетку другого организма, пересадка этой яйцеклетки в клетку другого животного с целью получения организма с новыми свойствами. Пример клонирования — получение овечки Доли в Англии. По данным консультационной фирмы «Ernst & Young», в начале 2000 г. в области биотехнологии во Франции было занято 240 предприятий. По их числу она находится на 3-м месте в Европе после ФРГ (333 компании в 2000 г.) и Великобритании (271). 20 ведущих компаний отрасли расположены в районах следующих городов: Париж Лион - Гренобль, Лилль, Монпелье, Марсель - Ницца и Тулуза. При этом 20% предприятий находятся в Париже.

Развитие биотехнологии во Франции отстает от других европейских стран, что находит свое отражение прежде всего в раздробленности данного сектора. В нем действуют в основном мелкие и средние предприятия. Так, среднее число занятых у французских биотехнологических компаний составляет 4,5 тыс. против 18,4 тыс. в Великобритании и 10,7 тыс. в ФРГ. Ощущается нехватка управленческих кадров для данного сектора.

Тем не менее, за последние годы в Европе достигнуты определенные успехи в развитии биотехнологии. Так, за период с 1997 г. по 2000 г. число компаний сектора увеличилось более чем в два раза. В 2000 г. в развитие биотехнологии было инвестировано около 200 млн. евро. Другим положительным фактором развития является рост числа партнерств, которое в 2000 г. достигло рекордного уровня. За период с 1996 г. по 2000 г. число партнерских соглашений удвоилось. При этом большая часть таких альянсов заключена с американскими компаниями. Важную стимулирующую роль в развитии биотехнологии сыграло принятие Закона об инновациях, а также поддержка со стороны Национального агентства по внедрению изобретений («Anvar») и фондов рискокапитала. Однако действующий в стране налоговый и законодательный режим все еще недостаточно благоприятен для быстрого развития биотехнологии. Полагают, что будущее отрасли напрямую зависит от поддержки на общенациональном уровне и от темпов прогресса в области европейской гармонизации в отношении патентов, биоэтики и медикаментов.

В последние 5—6 лет произошел прорыв в области изучения генома: расшифрован геном человека, многих млекопитающих и растений. Больших успехов в Европе достигли и такие отрасли биологии, как нанобиотехнология, создание биосенсоров и системная биология. Основное направление сегодняшних исследований европейских ученых в молекулярной генетике — использование геномных технологий для лечения онкологических заболеваний, СПИДа, малярии и туберкулеза.

Академик Польской академии наук А. Легоцки подчеркнул, что сегодня исследования в области геномики растений в Европе направлены на создание растений-биофабрик, продуцирующих те или иные полезные белки и ферменты. Иными словами, клетки растений становятся реакторами для получения различных пищевых добавок или лекарственных препаратов. Производство биологических реакторов стало возможным благодаря одному из открытий в молекулярной биологии. Обнаружено, что в клетках растений действует природная система, блокирующая работу генов небольшими фрагментами РНК. Ученые нашли способ «выключить» эту функцию РНК, чтобы заставить определенный ген вырабатывать нужный белок с максимальной эффективностью Еще одно направление геномики. выделенное в отдельную исследовательскую программу— нутригеномика. Задача нутригеномики - применение генных технологий в производстве продуктов питания, обогащенных теми или иными веществами. В этой области Европа лидирует в мире. Исследователи считают, что своевременный переход на специальную диету может предотвратить диабет, остеопороз, онкологические и сердечнососудистые заболевания, болезни печени и кишечника, связанные с нарушением гомеостаза (устойчивости основных физиологических функций организма). Проводимые в ЕС исследования позволят уже в недалеком будущем разработать персонифицированные диеты для каждого человека.

Однако продукты питания могут нести нам не только здоровье. По данным доктора К. Патерманна (Бельгия), число болезней, связанных с некачественным питанием, постоянно растет. Поэтому в ЕС вкладывают большие средства (15,9 млн. евро) в исследования в области качества и безопасности пищевых продуктов: эпидемиологию, изучение влияния продуктов питания на здоровье, развитие методов анализа и контроль на протяжении всей пищевой цепочки — от семян и кормов до готовых продуктов.[наука и ж, №6] « Биотехнология лекарственных препаратов» обсуждалась проблема формирования устойчивости (резистентности) микроорганизмов к антибиотикам. Из-за резистентности многие новые лекарственные средства теряют свою эффективность, едва успев появиться на полках аптек. Возникновению разновидностей бактерий, устойчивых к антибиотикам, в немалой степени способствует так распространившееся бесконтрольное использование препаратов без назначения врача. Заметим, в Европе и США ситуация с резистентностью значительно хуже, чем в России. Например, к известному антибиотику пенициллинового ряда метациллину в России устойчиво лишь 6% штаммов стрептококков, а в Венгрии — 60%.

Один из эффективных способов перевести потерявшие активность антибиотики в формы, способные бороться с патогенными микроорганизмами, — это химическая модификация их молекул. Профессор М. Преображенская из НИИ по изысканию новых антибиотиков им. Г. Ф. Гаузе РАМН проводит успешные работы по модификации сравнительно нового антибиотика — ванкомицина, резистентность к которому в США имеют уже 30% штаммов бактерий. Полученное в институте производное ванкомицина уже проходит клинические испытания. Новое вещество эффективно убивает патогенные микроорганизмы, с которыми не справляется ванкомицин, причем уничтожает их не только в крови, но и в тканях. Сейчас исследователи заканчивают работу над очередной химической модификацией ванкомицина, обладающей противовирусными свойствами. Этот новый препарат препятствует вхождению вируса в клетку, блокируя его прикрепление к клеточной мембране Эксперименты показали, что синтезированное химическое соединение способно затормозить размножение ВИЧ, а также вируса атипичной пневмонии. О применении биотехнологии для лечения генетических «поломок», связанных с недостаточностью одного из лизосомных ферментов, на конгрессе доложила доктор У. Штольцле из немецкого филиала американской компании «Джензайм». Лизосомные болезни накопления, которыми в среднем болеет один человек из 10 тысяч населения, относятся к редким. Они обычно протекают очень тяжело и приводят к смерти в детском возрасте. На сегодняшний день известно около 40 таких генетических «сбоев». Для лечения в бактериальную ДНК встраивается человеческий ген недостающего фермента. Затем «заплатанную» таким образом (рекомбинантную) ДНК размножают и запускают синтез необходимого фермента в бактериальной культуре. В результате получается «человеческий» фермент, который способен участвовать во всех биохимических циклах клетки. Уже успешно прошли клинические испытания рекомбинантные ферментные препараты, способные излечить болезни Гоше, Фабри и Помпе

Биотехнологические методы широко используются при молекулярной диагностике различных заболеваний. Одна из таких недавних разработок Института молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта РАН (ИМБ РАН)—диагностикум, основанный на нанотехнологии. В микроячейки биочипов, которые содержат молекулы и фрагменты ДНК (или белковые молекулы) исследуемых образцов, добавляют флуоресцентно меченные специфические молекулярные зонды. Меченые молекулы избирательно взаимодействуют с теми или иными фрагментами ДНК или белковыми молекулами, давая возможность количественно и качественно определить искомый компонент в анализируемых пробах. Такие биочипы позволяют оперативно обнаруживать микроорганизмы и вирусы в плазме крови, определять предрасположенность к наследственным и онкологическим заболеваниям, устанавливать индивидуальную непереносимость тех или иных лекарственных препаратов. Особенность технологии, разработанной в Институте молекулярной биологии РАН, — одновременное функционирование нескольких тысяч молекулярных зондов, распознающих одну из множества биологических молекул или их фрагментов. На 1 см² матрицы чипа размещается до тысячи ячеек. Биологические микрочипы, подобно электронным, обрабатывают огромные массивы цифровой информации, считанной с биологического материала. Другой вариант диагностического биочипа для обнаружения и типирования хромосомных перестроек, предшествующих лейкозу, был успешно применен к 500 пациентам Института детской гематологии Российской детской клинической больницы Минздрава РФ и сейчас апробируется в Центре гематологической и онкологической педиатрии в Бразилии. .[7]

Таким образом, в медицине и фармакологии во многих направлениях получают развитие применение передовых биотехнологий.

4. Неравномерное движение, привести уравнение

Уравнение передвижения материальной точки с постоянным ускорением:

Y(t) = y₀ + v₀ t + ,

Где у –координата, у₀ - начальная координата; v₀ - начальная скорость, а - ускорение, t – время

Заключение

Естествознание - и продукт цивилизации и условие ее развития. С помощью науки человек развивает материальное производство, совершенствует общественные отношения, образовывает и воспитывает новые поколения людей, лечит свое тело. Прогресс естествознания и техники значительно изменяет образ жизни и благосостояние человека, совершенствует условия быта людей.

Естествознание – один из важнейших двигателей общественного прогресса. Как важнейший фактор материального производства естествознание выступает мощной революционизирующей силой. Великие научные открытия (и тесно связанные с ними технические изобретения) всегда оказывали колоссальное (и подчас совершенно неожиданное) воздействие на судьбы человеческой истории. Такими открытиями были, например, открытия в ХVII в. законов механики, позволившие создать всю машинную технологию цивилизации; открытие в ХIХ в. электромагнитного поля и создание электротехники, радиотехники, а затем и радиоэлектроники; создание в ХХ в, теории атомного ядра, а вслед за ним - открытие средств высвобождения ядерной энергии; раскрытие в середине ХХ в. молекулярной биологией природы наследственности (структуры ДНК) и открывшиеся вслед возможности генной инженерии по управлению наследственностью; и др. Большая часть современной материальной цивилизации была бы невозможна без участия в ее создании научных теорий, научно-конструкторских разработок, предсказанных наукой технологий и др.

Литература

1. Суханов А.Д., Рудой Ю.Г. Курс "Концепции современного естествознания" для гуманитариев - проблемы становления // Физическое образование в вузах. 2006. Т. 2.

2. Капица С.П., Курдюмов С.П., Малинецкий Г.Г. Синергетика и прогнозы будущего. - М. 2007.

3.Лахтин Ю.М., Леонтьева В.Г. Материаловедение. М.: Машиностроение, 2008. – 510с.

4. Мозберг Р.К. Материаловедение. М.: В.ш., 1991. – 448с.

5. Фурмер И.Э., Зайцева В.Н. Общая химическая технология. М.: В.ш., 2008. – 264с.

6.Берлин А. Нам еще есть чему учиться у природы.// Наука и жизнь №1, 2005.

7.Зимина Т. Биотехнология на службе безопасности.// Наука и жизнь №6, 2005.