Учебник Естествознание 11 класс Базовый уровень Алексашина часть 2

Российская академия наук Российская академия образования Издательство «Просвещение» Академический школьный учебник CD Сб СО О 00 о CD О Ш часть 2 Российская академия наук Российская академия образования Издательство «Просвещение» Г Академический школьный учебник Естествознание а I 10 ш лл класс Учебник для общеобразовательных учреждений Базовый уровень В двух частях Часть 2 И.Ю. Алексашина, К.В. Галактионов, Н.И. Орещенко Под редакцией проф. И.Ю. Алексашиной Рекомендовано Министерством образования и науки Российской Федерации Москва «ПРОСВЕЩЕНИЕ» 2008 I УДК 373.167.1:502 ББК 20я72 Е86 Учебник получил положительное заключение Российской академии наук (№ 10106—5215/15 от 31.10.2007) и Российской академии образования (№ 01—480/5/7Д от 24.10.2007) в 2007 году Серия ^Академический школьный учебник» основана в 2005 году Проект «Российская академия наук, Российская академия образования. издательство «Просвещение» — рюссийской школе» Руководители проекта: вице-президент РАН акад. В. В. Козлов, президент РАО акад. Н. Д. Никандров, генеральный директор издательства «Просвещение» чл.-корр. РАО А. М. Кондаков Научные редакторы серии: акад.-секретарь РАО. д-р пед. наук А. А. Кузнецов, акад. РАО. д-р пед. наук М. В. Рыжаков, д-р экон. наук С. В. Сидоренко Серия ^'Лабиринт» основана в 2004 году Авторы: д-р пед. наук И. Ю. Алексашина, д-р биол. наук К. В. Галактионов, канд. биол. наук Н. И. Орещенко В создании книги приняли участие: Н. К. Горшкова, д-р биол. проф. А. В. Полевщиков. Л. В. Тимашева. И. А. Шерстобитова. наук. Естествознание : 11 кл. : учеб, для общеобразоват. учреждений : Е86 базовый уровень : в 2 ч., ч. 2 / И. Ю. Алексашина, К. В. Галактионов, Н. И. Орещенко; под ред. И. Ю. Алексашиной; Рос. акад. наук. Рос. акад. образования, изд-во «Просвещение». — М. : Просвещение, 2008. — 141 с. : ил. — (Академический школьный учебник) (Лабиринт). — ISBN 978-5-09-016509-9. УДК 373.167.1:502 ББК 20я72 ISBN 978-5-09-016509-9(2) ISBN 978-5-09-016508-2(общ.) Ф Издательство «Просвещение». 2008 €> Художественное оформление. Издательство «Просвещение», 2008 Все права защищены I ОГЛАВЛЕНИЕ Глава 4. Естественные науки и здоровье человека § 52. Человек как уникальная живая система ......................... 6 § 53. Факторы здоровья человека: за и против ...................... 10 § 54. Адаптация организма человека к факторам среды ............... 12 § 55. Мышечная деятельность ....................................... 15 § 56. Биохимические основы спортивной тренировки................... 20 § 57. Проблемы сохранения здоровья человека ...................... 24 § 56. Биохимические основы рационального питания .................. 26 § 59. Биохимическое обоснование рационов........................... 30 § 60. Витамины как биологически активные вещества ................. 34 § 61. Витамины: общая характеристика............................... 38 § 62. Принципы использования лекарственных веществ................. 43 § 63. биологически активные вещества, проблемы их использования ... 48 § 64. Защитные механизмы организма человека ....................... 50 § 65. Заболевания человека, вызываемые микроорганизмами ........... 54 § 66. Паразиты и паразитарные болезни ............................. 58 § 67. Вирусы и их воздействие на человека ......................... 62 § 68. Профилактика и методы лечения болезней, вызванных вирусами 66 § 69. Закономерности наследственности ............................. 68 § 70. Генетика человека ........................................... 72 § 71. Наследственные болезни....................................... 76 § 72. Медико-генетическое консультирование и планирование семьи 78 Глава 5. Естественные науки и глобальные проблемы человечества § 73. Глобальные проблемы современности............................ 82 § 74. Человек как компонент биосферы ............................ 86 § 75. Экологическая проблема....................................... 89 § 76. Загрязнение окружающей среды и его последствия............... 94 § 77. Нарушения глобальных круговоротов в биосфер>е ............... 96 § 78. Проблемы научно обоснованного природопользования ........... 100 § 79. Глобальные изменения климата и их последствия для человечества 102 § 80. Экологические катастрофы и экологическая экспертиза ........ 108 § 81. Как выясняют причины экологической катастрофы .............. 112 § 82. Интеграция научного знания на пути решения глобальных проблем ............................................................... 116 § 83. Ответственность человека за состояние биосферы............. 118 § 84. Биосфера и ноосфера......................................... 121 § 85. Проблемы устойчивого развития общества и биосферы .......... 124 Приложение........................................................ 130 Предметный указатель ............................................. 138 ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА ОБРАЗ И МЫСЛЬ Ханни Люти Деревенские удовольствия (1974). Частное собрание Рассмотрите иллюстрацию. Попробуйте дать словесное определение настроению, которым пронизано полотно. Кто, по вашему мнению, является героем (героями) произведения? Как автор дает это понять зрителю, какие художественные способы и приемы использует, чтобы добиться нужного впечатления? Прокомментируйте мнение об этом произведении: «Картина «Деревенские удовольствия» — мечта художника о мире, в котором гармонично существуют Человек и Природа».- Как вам кажется, в чем заключается секрет этой гармонии? Обоснуйте свои высказывания и сравните их с ответами одноклассников. Естественные науки «подсказывают» человеку, как рационально использовать резервы организма для поддержания здоровья. Как вы считает, может ли искусство помочь нам осознать, что жизнь — величайшая ценность? Что оно «добавляет» к научным исследованиям, статистике, документальному кино и др., пропагандирующим здоровый образ жизни? [1* ; I Человек — это уникальный феномен, триединство биологического, социального и духовного. Естественные науки установили основы жизнедеятельности организма человека даже на молекулярном уровне. Основная направленность всего учебного материала главы: здоровье — величайшая ценность как для самого человека, так и для общества. Оно определяется биологическими (наследственность и др.) и социальными (условия труда и быта, питания и др.) факторами; зависит от осознанного и компетентного выбора образа жизни самим человеком (занятия спортом, личная гигиена и др.). Организм человека имеет резервы для развития и поддержания здоровья. Естественные науки обосновывают пути его достижения. к ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА ЧЕЛОВЕК КАК УНИКАЛЬНАЯ ЖИВАЯ СИСТЕМА Урок-лекция . ,Г» л-ж Частица целой я вселенной... Я царь — я раб — я червь — я Бог! Но, будучи я столь чудесен. Отколе происшёл? — безвестен; А сам собой я быть не мог. Г. Р. Державин Почему важно рассмотреть организм человека как биологическую систе* му? Каковы специфические особенности организма человека? 6 чем заключается уникальность феномена «Человек»? Ключевые слова Биологическое • Духовное • Социальное Система, иерархия, функция, уровни организации живого, эволюция (Биоло- гия, 9 кл.; Естествознание, 10 кл., § 77). Рисунок Леонардо да Винчи из анатомических рукописей, связавший совершенные геометрические фигуры с пропорциями человека, стал своеобразным символом синтеза естествознания и искусства Еще Аристотель в своей классификации причислил человека к Царству Животных. Там же нашлось ему место и в современной научной систематике; Царство Животные; Тип Хордовые; Класс Млекопитающие; Отряд Приматы; Семейство Гоминиды; Род Человек; Вид — человек разумный. Человеку, как и любому живому организму, присущи все проявления жизнедеятельности (рост, развитие, размножение и др.) и их закономерности. Как и все живые организмы, человек нуждается в системе жизнеобеспечения: кислороде, воде, пище и др. Все это он получает из окружающей среды. Непрерывная и неразрывная связь живых организмов с природной средой, как вы уже знаете, достигается системным устройством природы. ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА КАК БИОЛОГИЧЕСКАЯ СИСТЕМА. Организм человека может быть рассмотрен как биологическая система. Это означает, что он обладает целостностью, т. е. внутренним единством, обусловленным его структурной и функциональной организацией. L § 52. Человек как уникальная живая система Большой объем мозга Видимая Iповерхность! мозга Реальная поверхность мозга Преобладание мозгового отдела черепа над лииевым >■ ' -Xi Вьютупающий подбородок Рис. 72. Сравнение: а — объема мозга человека и человекообразной обезьяны; б черепа человека и человекообразной обезьяны Развитая мускулатура нижних конечностей : , $ - образный позвоночник Расширенная грудная клетка Рис. 73. Позвоночник человека ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЧЕЛОВЕКА Человек по ряду свойственных ему биологических признаков резко отличается от ближайших к нему высших животных. Укажем некоторые из отличий: • значительно более развитая нервная система по некоторым морфологическим и функциональным показателям, способствующим ее интегративным и координирующим функциям; • очень большой головной мозг (соответственно крупные размеры мозгового и малые размеры лицевого черепа: рис. 72, а, б). У человека мозг составляет 1/46 веса тела, в то время как наибольший по размеру и весу мозг самых крупных животных составляет: у слона — 1/560. а у кита — 1/8000 веса тела; • наличие речи — способность к созданию и использованию сложных звуков; • богатая мимическая сигнализация; • бинокулярное зрение; • прямохождение и связанные с этим отличия опорно-двигательного аппарата (подвижная кисть руки, подвижный плечевой сустав и некоторые другие отличия) (рис. 73). Специфические биологические особенности человека способствовали тому, что его возможности и потребности не могли ограничиваться исключительно биологическими потребностями. Рассматривая организм человека как биологическую систему, можно выделить его общие и специфические особенности ор-ганизащ1и, изучить и объяснить особенности взаимодействия с факторами среды. 8 ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА Становление человека путем усво> ения культурного наследия стало основным способом его эволюции. В биологической эволюции животных, происходящей на уровне популяций, имеет место научение. Подобная передача навыков поведения не стала ведущим фактором эволюции. Биологи отмечают, что роль обучения в эволюции животных возрастает при неблагоприятных условиях среда, так как именно в этих условиях способность популяции функционировать существенно зависит от способа поведения. В периоды относительно стабильного состояния среды этот путь эволюции вообще отсутствует. УНИКАЛЬНОСТЬ ФЕНОМЕНА ><ЧЕЛОВЕК> Человек — существо мыслящее, способное познавать законы природы и общества. осознавать себя в этом мире. Как человек познает социальные законы общества? Это познание осуществляется как приобщение к культурным традициям, как воспитание и образование. Тем самым человек кристаллизует в себе все, что накоплено человечеством в течение веков. Интересно отметить, что биологическое в человеке изменяется намного медленнее, чем социальное. 40—50 тыс. лет — колоссальное время с точки зрения человеческой истории, однако биология человека не изменилась сколько-нибудь заметным образом — прежними остались объем мозга, строение систем органов, органов чувств, эмоции. В то же время социальное в нем неузнаваемо и быстро преобразуется. Биологическое начало не является для человека основным определяющим фактором. Человек формируется в социокультурной среде, которая, с одной стороны, постепенно становится для него специфической средой обитания, а с другой — является продуктом его деятельности. Это взаимодействие и взаимовлияние происходит на протяжении всей жизни человека. По мере развития человека как личности под влиянием социокультурной среды его биологические инстинкты как бы «укрощаются». Неотъемлемая характеристика человека, резко и принципиально отличающая его от животных, — это духовность. Это понятие можно определять по-разному, однако смысл его остается единым: это способность к восприятию нематериальных ценностей. Человек, даже хорошо адаптированный к социальной среде, не может жить в обществе только по юридическим законам, так как они не могут предусмотреть все случаи поведения людей в различных ситуациях. Существуют и неписаные законы морали, которыми люди руководствуются в своих повседневных решениях и поступках. Они определяются личными ценностями человека. Поиск нравственных ориентиров, духовное развитие человеку дают все виды искусства, литература, религия, философия и другие способы познания мира, культурного наследия человечества. Человек — биосоциальное и духовное существо. Как живой организм, он включен в природную связь явлений и подчиняется биофизическим, биохимическим и физиологическим закономерностям. г § 52. Человек как уникальная живая система Рис. 74. Различные расы человека — единство человека как биологического вида Человек — уникальная живая система, так как он представляет собой триединство биологического, социального и духовного. Организм человека можно рассматривать как биологическую систему. Человек как биологический вид имеет специфические биологические особенности, отличающие его от ближайших к нему высших животных. Эволюция человека существенно отличается от эволюции животных. Как биологический вид человечество едино вне зависимости от расовых, национальных, этнических или религиозных особенностей. Индивидуальное разнообразие людей очень велико (значительно больше, чем у животных). кШ >■ По каким признакам вы охарактеризуете человека, рассказывая о нем? ^ Могут ли, по вашему мнению, социальные факторы оказывать преобладающее влияние на биологию человека? Как вы понимаете выражение «негенетическая преемственность»? ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА ФАКТОРЫ ЗДОРОВЬЯ ЧЕЛОВЕКА: ЗА И ПРОТИВ Урок-семинар Не только сам врач должен употреблять в дело все, что необходимо, но и больной, и окружающие. и все внешние обстоятельства должны способствовать врачу в его деятельности. Гиппократ \ ■' ■( Из старого портфеля Почему так сложны проблемы здоровья человека? Экология, генетика, иммунология, вирусы. бактерии (Биология. 9 кл.; Естествознание. 10 кл.. § 35, 50, 51). ЦЕЛЬ СЕМИНАРА ПЛАН СЕМИНАРА Осознать здоровье человека как единство биосоциаль-i ного и духовного. 1. Здоровье человека как ценность. 2. (Современное научное понимание феномена «здоровье человека». 3. Основные факторы, приводящие к развитию болезней у человека. 4. Основные факторы, способствующие сохранению здоровья человека. Как вы думаете, почему можно прийти к заключению о полноценном здоровье этой крестьянской девушки? О каких факторах здоровья напоминает нам эта картина? Валентин Серов. Крестьянка с лошадью . t Необходимые источники информации МЫСЛЬ и ОБРАЗ 1. Колесов Д. В. Основы гигиены и санитарии / Д. В. Колесов. R Д. Маш. — М.: Просвещение. 1989. 2. Медицинская энциклопедия. — М.: Сов. энциклопедия, 1972. !1 ч I § 53. Факторы здоровья человека: за и против 3. С м и р н о в А. Т Основы медицинских знаний и здорового образа жизни / А. Т. Смирнов. — М.: Просвещение. 2006. 4. Сергеев Б. Ф. Занимательная физиология / Б. Ф. Сергеев. — М.: Просвещение. 2006. © М vr.Jt Здоровье человека как ценность. Найдите пословицы и поговорки, связанные с проблемами сохранения здоровья. Обсудите те аспекты сохранения здоровья, на которые они ориентируют человека. Устарели ли эти советы? Найдите репродукции с картин художников, отражающие различные идеалы здоровья и красоты человека в разные исторические времена. С чем связаны их особенности? Современное научное понимание феномена «здо-ровье человека». Подумайте, почему первоначально здоровье понимали только как отсутствие болезней. Почему существует понятие «практически здоров»? Современное понимание феномена «здоровье человека» сформулировано в Уставе Всемирной Организации Здравоохранения: «Здоровье — это полное физическое, духовное и социальное благополучие, которое не сводится к простому отсутствию болезней и физических недостатков». Дайте свое объяснение высказыванию о том, что здоровье зависит от духовного мира человека. Найдите различные определения понятия «духовность». Что в этих определениях общего? Обсудите суждение: «В здоровом теле — здоровый дух». Приведите известные вам из литературы или из жизни примеры того, как сильные духом люди побеждали болезни. ТЕМА ДЛЯ ОБСУЖДЕНИЯ 3 Как поддерживать здоровье? Выясните, что означают понятия «профилактика здоровья», «здоровый образ жизни», «фактор риска». Какое значение имеют режим труда и отдыха, занятия физкультурой и спортом в вашей жизни? Почему знание особенностей каждой группы этих факторов, общая ориентация в их специфическом воздействии на организм представляют собой важный компонент общебиологической подготовки каждого современного человека? Обсудите, с какими именно особенностями нашего времени это связано. Биологическое, социальное и духовное здоровье р человека взаимно дополняют друг друга. Человек Гобязан осознавать, что его здоровье — это величайшая ценность не только для него самого, но и для его микросреды (семья) и макросреды (производственной, бытовой, общества в целом). ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА 54 АДАПТАЦИЯ ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА К ФАКТОРАМ СРЕДЫ урок-лекция Ведь нам не заказано ни у птиц летать, ни у рыб плавать перенимать, и к чему мы не способны от природы, то делать нашим искусством. Г. В. Рихман Ключевые Адаптация • Гомеостаз • Резервы слова В чем заключается биологическое значение гомеостаза? Какое биологический механизм поддержания гомеостаза? Как влияет способность организма человека к адаптации на состояние его здоровья? здоровья Обмен веществ (Биология, 9 кл.; Естествознание, 10 кл., § 30—32, 38). 40 в очень известных произведениях Александра Дюма и Артура Конан-Дойла представлен реальный факт биохимической адаптации организма человека. Какие это литературные произведения? Какой вид биохимической адаптации описан этими авторами? МЫСЛЬ и ОБРАЗ БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ГОМЕОСТАЗА Здоровье человека — это комплексный феномен, существенно зависящий от социальных факторов и духовного мира человека. Они могут способствовать развитию резервных возможностей организма человека или же подавлять их. При биохимическом подходе становится очевидным, что нормальное состояние организма прежде всего зависит от тех механизмов, которые регулируют и координируют протекание биохимических реакций. Биохимические реакции, как и все процессы жизнедеятельности, требуют строго постоянных условий. В то же время кахщый организм подвергается самым разнообразным воздействиям внешней среды. Вследствие этого у живых организмов выработались приспособления, которые позволяют им адаптироваться к изменившимся условиям (например, система терморегуляции и др.). Их действие направлено на поддержание постоянства внутренней среды — гомеостаза (от греч. homoios — одинаковый и stasis — состояние). Идею о существовании механизмов поддержания внутренней среды организма выдвинул еще в 1878 г знаменитый французский ученый Клод Бернар. Гомеостаз — понятие динамическое. Значения различных параметров гомеостаза могут варьироваться. Например, гомеостаз покоя и гомеостаз деятельности существенно различаются. Многие физиологические функции (и, следовательно, биохимические процессы) должны § 54. Адаптация организма человека к факторам среды изменяться, и эти изменения происходят не во вред, а в интересах организма для приспособления к новым условиям внешней или внутренней среды. Так, при интенсивной мышечной деятельности необходимо повышенное содержание глюко- Гомеостаз позволяет сохранить целостность системы и обеспечивает взаимодействие организма со средой. Адаптация организма к условиям среды определяется его способностью к поддержа- р. нию гомеостаза. зы в крови. В чем заключается биологическое значение гомеостаза? В результате длительного приспособления к условиям среды разные виды организмов приобретали новые признаки. Такая адаптация позволила живому заселить все климатические зоны земного шара. Это говорит о том. что живые организмы способны адаптироваться к труднейшим условиям существования, и они становятся для них нормой. Гомеостаз характерен для всех форм живого — от одноклеточных организмов до гигантских животных и растений. Он присущ даже целым экологическим системам: в экосистеме поддерживается численность вида в данных условиях. Для популяций характерен генетический гомеостаз — поддержание стабильности генотипической структуры в изменяющихся условиях среды. БИОХИМИЧЕСКИЙ МЕХАНИЗМ ПОДДЕРЖАНИЯ ГОМЕОСТАЗА. Приспособительное реагирование на изменяющиеся условия существования (температуру, давление, химический состав среды и др.) — одно из самых важных свойств живых организмов. Оно противостоит неблагоприятным влияниям среды и обеспечивает поддержание нового уровня гомеостаза, адекватного изменившимся условиям. При этом одни параметры внутренней среды без вреда для организма могут изменяться только в узких пределах, другие, наоборот, весьма значительно. Организм имеет как специфические защитные системы (см. § 65), так и общие, неспецифические способы адаптации. Любое приспособление организма к изменившимся условиям среды — процесс биохи- Приспособленность видов формируется в течение тысячелетий и является результатом естественного отбора. Т:- Г ■ Если яд имеет белковую природу, то для защиты от него организм вырабатывает антитела (см. § 65). Если яд попадает в организм систематически, то его присутствие индуцирует синтез ферментов, разрушающих это вещество. Эти ферменты могут быть не строго специфичными, к тому же иногда для обезврюжива-ния веще та не обязательно требуется разрушить всю его молекулу, достаточно окислить или отщепить какую-либо химически активную группу. При систематическом употреблении алкоголя у человека активизируется синтез фермента алко-гольдегидрогеназы. Этот фермент катализирует превращение этанола в уксусный альдегид (который затем окисляется далее и выводится из организма). Поэтому физиологический эффект опьянения у алкоголика наступает от больших доз алкоголя, чем у непьющего человека. к, \ ■ в основе любых адаптаций лежат биохимические процессы. Взаимодействие биохимических и физиологических процессов в организме обусловливает поддержание гомеостаза в новых условиях. ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА мический. Даже в основе поведенческих реакций лежат биохимические изменения в нервных клетках. Биохимической основой большинства адаптаций является синтез специфических белков. Например, так прО' исходит приспособление организма к действию некоторых ядов. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ РЕЗЕРВЫ ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА Человеку нередко приходится покидать привычные климатические условия и попадать, например, из умеренной зоны в полярную или тропическую, в гроы или пустыни. Иногда приходится трудиться на открытом воздухе в любое время года и в любую погоду, а в космосе человек работает в условиях невесомости. Какими резервами обладает организм человека для адаптации к изменившимся условиям? В первую очередь это энергетические ресурсы организма, а также возможности регуляции биохимических процессов, т. е. функциональные ресурсы. Адаптация, как правило, сопровождается изменением обмена веществ, особенно белкового, жирового и минерального, изменением активности ферментов и гормонов. В конечном итоге происходит повышение устойчивости организма к факторам среды и в частности к недостатку кислорода. Об уровне резервных возможностей человека судят в первую очередь по показателям функций сердечно-сосудистой и дыхательной систем. Функциональные резервы организма — это диапазон изменения и корреляции физиологических функций (сердечно-сосудистой системы, дыхательной системы и др.). Здоровье человека напрямую зависит от резерва адаптационных возможностей его организма к тем или иным условиям окружающей среды и видам деятельности. В новый лортфф/ть Понтийский царь Митридат VI (132—63 гг. до н. э.) во время неудачной войны с Римом пытался отравиться, не желая попасть в плен. Это ему не удалось. Узнайте или догадайтесь, почему он не смог это осуществить. Приве;р1те факты, подтверждающие, что гомеостаз — это относительное динамическое постоянство внутренней среды организма. Какие функциональные системы организма регулируют и координируют механизм поддержания гомеостаза? МЫШЕЧНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ Урок-лекция Истинная тема исследований для человечества есть человек. Дж. Максвелл Как осуществляется мышечная деятельность? Как происходит энергетическое обеспечение работающих мышц? Ключевые Ресинтез АТФ • Актомиозик слова Мышечные фибриллы, нервный импульс. АТФ, актин, миозин (Ес- м тествознание, 10 кл., § 67, 68). '■^ЫШЕЧНА1^ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ Характер движения, встречающийся в мире животных, чрезвычайно разнообразен: и по биомеханической структуре, и по величине мышечных усилий, и по частоте циклов сокращения и расслабления, и по двигательному режиму. Большое разнообразие движений свойственно и человеку. Сравните работу мышц музыканта и тяжелоатлета-штангиста, бег спринтера и марафонского бегуна, тяжелые физические работы в чрезвычайной ситуации (передвижение тяжестей ^ Ар*- и др.) и вышивание. Изучение мышц показало, что мышцы и животных, и человека имеют не только разную форму, но и разное строение в связи с разнообразием выполняемых ими движений. Волокна, из которых I Нередко эволюционно близкие животные обладают совершенно различным характером /шижения. Сравните, например, движение ящерицы и черепахи; планирующий полет орла и птиц отряда куриных с их частыми взмахами крыльев. Многие рыбы, мигрирующие для нереста, совершают путь до 8 тыс. км со скоростью до 4 км/ч, а перелетные птицы преодолевают расстояния до 5 тыс. км. При движении многие животные проявляют не только выносливость, но и большую быстроту. Так, лиса, преследуя жертву, длительное время бежит со скоростью 35 км/ч. А что говорить о гепарде, который является рекордсменом 8 спринтерском беге: он легко догоняет самую быструю антилопу. Недаром в старину в средней Англии и Индии гепардов использовали как охотничьих собак. Атланты. Зимний дворец. Новый Эрмитаж Атлант после поражения титанов в наказание поддерживал небесный свод. Почему ему это так долго удавалось? ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВ»^ построены мышцы, тоже неоднородны. Они различаются по ряду физиологических параметров (возбудимость, ритм сокращений, скорость сокращений и расслаблений и т. д.), а также имеют выраженные биохимические особенности (содержание компонентов, активность ферментов и др.). В разные мышцы волокна входят в различных соотношениях. Это и определяет функциональные особенности мышц. Поэтому одни мышцы могут при работе проявлять большую силу при незначительном напряжении и долго не утомляться, другие отличаются быстротой сокращения, сильно напрягаются и быстро утомляются. Например, у человека к быстрым сокращениям и длительной работе способен ряд мышц голени, бедра, плеча, а мышцы туловища сокращаются более медленно, противостоят утомлению и способны к длительной _________________________ работе умеренной интенсивности. Основу приспособленности организма к различным видам движения составляют его анатомо-морфологические особенности, а также физиологические механизмы регуляции и координации функций. Эти примеры подтверждают, что приспособленность организма к различным видам движения имеет сложную и специфическую основу. Как вы знаете, основу всех видов адаптации организмов к условиям среды составляют биохими- ческие процессы в тканях и клетках. Именно они обеспечивают все жизненно важные функции на молекулярном уровне. Нити миозина Рис. 75. Схема мышечного волокна МЕХАНИЗМ МЫШЕЧНОЙ At -ЮСТИ. При всем разнообразии и отличиях в строении мышц животных и человека тонкая структура мышечной ткани и ее химический состав практически не различаются. Вспомним мышечное сокращение (см. Естествознание, 10 кл., § 64). Мыщечное сокращение является следствием взаимодействия сократительного белкового комплекса актомиозина с АТФ. При этом химическая энергия, заключенная в фосфатных связях АТФ. переходит в механическую энергию, за счет которой и совершается работа. Учтем, что в покоящейся мышце актомиозин отсутствует, в мышечных фибриллах имеются тонкие нити белка актина и толстые нити белка миозина (рис. 75). Обратим внимание на то, что в отличие от актина белок миозин содержит HS-группы. В покоящейся мышце также имеется АТФ. Иначе говоря, в покоящейся мышце присутствуют все «потенциальные участники» процесса сокращения мышцы. Возникает вопрос: почему мышца не сокращается постоянно? Поперечно-полосатые мышцы имеют большое количество нервных окончаний, с помощью которых осуществляется регуляция мышечной деятельности со стороны нервных центров. Оказывается, мышца не сокращается до тех пор, пока не придет двигательный нервный импульс. Это означает. Миозин Актин РАССЛАБЛЕНИЕ Г > f I I t С ( ( » ( СОКРАЩЕНИЕ Расщепление АТФ при взаимодействии с Н8*группами миозина является непосредственной причиной, обусловливающей мышечное сокращение. § 55. Мышечная деятельность что до прихода двигательного нервного импульса не образуется акто-миозин и отсутствует его взаимодействие с АТФ. Владимир Александрович Энгельгардт в 1939 г. обнаружил ферментативную активность структурного белка мышц — миозина и доказал, что источником энергии для работы мышц является АТФ. В прюцессе мышечного сокращения миозин расщепляет АТФ на АДФ и фосфат, а энергия, заключенная в фосфатной связи, используется на совершение работы. Было установлено, что способность расщеплять АТФ — АТФазная активность — связана с наличием в миозине HS-групп. Выяснилась и роль двигательного нервного импульса. С его приходом в мышцу происходит перераспределение ионов в мышечном волокне. Благодаря этому разобщенные ранее АТФ и HS-группы миозина вступают во взаимодействие с образованием актомиозина. Один двигательный импульс вызывает одиночное мышечное сокращение. Для продолжения работы требуется дальнейшее поступление нервных импульсов. Расслабление мышцы также активный процесс, требующий затраты АТФ на восстановление исходного распределения ионов. Если АТФ недостаточно. что бывает в переутомленной мышце, то мышца не может расслабиться. 17 [ % Ч' Спортсмены хорошо знают, что такое разминка, которую проводят перед началом занятия. После периода двигательной активности мышца реагирует на двигательные импульсы быстрее, чем после периода покоя. Это объясняется тем, что в начале ^ работы начинается окисление глюкозы и обраэует-ся молочная кислота, что способствует передвижению ионов — мышца становится более чувствительной к нервным импульсам и значительно сильнее реагирует на последующие сигналы. Г Г| F- Мышечная деятельность обеспечивается нервными импульсами, определенным соотношением ионов и энергией, выделяющейся при гидролизе АТФ. I фУ-- . ЖРГЕТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАБОТАЮЩИХ МЫШЦ. Поскольку АТФ при мышечной деятельности непрерывно расходуется, то ее запасы должны постоянно возобновляться. Запасы АТФ в мышце малы — их хватило бы всего на 2—3 с работы. Почему содержание АТФ в мышцах так невелико? Это вполне объяснимо, поскольку АТФ расходуется не только на мышечную деятельность, но и на синтезы всех веществ в организме, на работу других функциональных систем. Потребность в АТФ и многообразие путей ее использования в организме координируются и регулируются: организм как бы направляет АТФ в самые «горячие точки». Иначе говоря, во время активного функционирования мышц АТФ 8 большей степени обеспечивает их работу, а остальные процессы в это время заторможены, они получают меньшее количество энергии, требуемое для их поддержания. Однако в организме все же имеется механизм некоторого «запасания- богатых энергией фосфатных связей. Происходит это следующим ЕСТЕС№ЕННЫЕ НАУКИ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА Биохимические изменения в организме под влиянием определенной мышечной деятельности носят приспособительный характер. образом. В мышцах содержится вещество креатин, которое способно присоединять богатый энергией остаток фосфорной кислоты от АТФ, при этом оно превращается в эфир креатинфосфат, а во время работы мышц отдает фосфат на «экстренное» образование АТФ. Таким образом обеспечиваются энергией первые моменты начала работы (6—8 с). Эта реакция протекает очень быстро, это и есть первый по времени путь возобновления (ресинтеза) АТФ в работающей мышце. Поскольку запасы креатинфосфата в мышцах ограничены, такой путь ресинтеза АТФ может осуществляться очень недолгое время. Он характерен для кратковременных интенсивных физических нагрузок (рывок со старта, подъем штанги и т. п.). Далее ресинтез АТФ происходит за счет углеводных ресурсов организма. Они обычно достаточно велики (в виде гликогена печени и мышц), и к тому же на стадии гликолиза реакции окисления протекают в отсутствие кислорода. Это второй путь ресинтеза АТФ, который преобладает при спортивных упражнениях максимальной интенсивности, когда наблюдается резкое несоответствие между возросшей потребностью организма в кислороде и ограниченными возможностями его поступления. Например, бег на 100 м осуществляется на 95% за счет гликолиза, при беге на 400 м — на 65%. Однако этот бескислородный (анаэробный) путь является энергетически малоэффективным, поскольку не происходит полного окисления глюкозы. К тому же накапливаются недоокисленные продукты — молочная и пировиноградная кислоты. Они затормаживают процесс гликолиза, и организм вынужден использовать третий путь ресинтеза — аэробное окисление, при котором АТФ образуется с участием кислорода (так называемый цикл Кребса). Это очень эффективный путь, имеющий существенные преимущества перед гликолизом. Во-первых, в качестве веществ, подвергающихся окислению, используются остатки и углеводов, и липидов, и аминокислот. Во-вторых, он выгоден энергетически. Для ресинтеза одного и того же количества АТФ при гликолизе требуется 1 г глюкозы, а при аэробном окислении — 0,08 г глюкозы или около 0,03 г жирных кислот, поскольку это процесс полного окисления веществ. В-третьих, конечные продукты аэробного окисления — углекислый газ и вода — не вызывают резких изменений внутренней среды организма и легко из него удаляются. Обязательным условием аэробного окисления является хорошее снабжение организма кислородом, что происходит при физических упражнениях средней и умеренной интенсивности. Наконец, при мышечной деятельности, связанной со значительными степенями утомления, когда другие способы ресинтеза АТФ становятся затруднительными, АТФ образуется путем взаимодействия двух частиц АДФ с помощью фермента миокиназы: 2АДФ миокиназа АТФ + АМФ. Этот путь невыгоден, так как из двух молекул АДФ образуется лишь одна молекула АТФ (50%, образно говоря, — «издержки производства»), и является как бы «аварийным». § 55. Мышечная деятельность Сравнительная характеристика путей ресинтеза АТФ при мышечной деятельности различного характера Пути ресинтеза Условия протекания Характеристика мышечной деятельности Оценка эффективности 1 Креатинфосфат-ный (использование креатинфос-фата мышц) Анаэробные Кратковременные нагрузки высокой интенсивности Содержание креа-тинфосфата в мышцах невелико 2 Гликолиз' (использование углеводов) Анаэробные Большая интенсивность Энергетически мало эффективен. Ограничен продуктами неполного окисления углеводов 3 Цикл Кребса (использование углеводов. липидов, белков) Аэробные Длительные нагрузки умеренной интенсивности Энергетически эффективен. образуются конечные продукты -- углекислый газ и вода А Миокиназная реакция (использование АДФ) Анаэробные При утомлении Энергетически не выгоден > Как происходит сокращение и расслабление мышцы? Каково происхождение термина «марафонский бег>, какова дистан* ция марафонского бега, принятая программой Олимпийских игр? Какое отношение он имеет к Греко-персидскому сражению, произошедшему 13 сентября 490 г до н. э.? Ei ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА 56 БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СПОРТИВНОЙ ТРЕНИРОВКИ Урок-лекция Как1 ’ I Какие вопросы решает биохимия спорта? Умеренно и своевременно занимающийся физическими упражнениями человек не нуждается ни в каком лечении, направленном на устранение болезни. Авиценна Ключевые Суперкомпенсация • Слецифич-ность адаптации • Тренированность Адаптация, гомеостаз, АТФ, ресин* ишлШлашЛ тез, гликолиз, аэробное окисление, креатинфосфат (Биология. 9 кл.; Естествознание. 11 кл.. § 4). о Александр Дейнвка. Бег ^.ЦАПТАЦИЯ ОРГАНИЗМА СПОРТСМЕНА К ИНТЕНСИВНОЙ МЫШЕЧНОЙ .i*:inb-iOCTH Глубокие функциональные изменения организма, возникающие в процессе адаптации его к повышенной мышечной деятельности, изучает физиология спорта. В их основе лежат биохимические изменения в обмене веществ тканей и органов и в конечном итоге в организме в целом. Однако мы рассмотрим в самом общем виде основные изменения, возникаюим^е под влиянием тренировки только в мышцах. В основе биохимической перестройки мышц под влиянием тренировки лежит взаимозависимость процессов расходования и восстановления функциональных и энергетических резервов мышц. Как вы помните, во время мышечной деятельности происходит активное расщепление АТФ и соответственно интенсивно расходуются и другие вещества. В мышцах это креатинфосфат. гликоген, липиды; в печени прюисходит расщепление гликогена; усиленно расщепляются липиды и окисляются жирные кислоты. £ При этом в организме накапливаются продукты обмена веществ. Мышечная деятельность сопровождается увеличением активности многих ферментов, в резуль- ч тате чего начинается синтез израсходованных веществ, q Ресинтез АТФ, креатинфосфата и гликогена возможен уже и во время работы, однако одновременно идет и х интенсивное расщепление этих веществ. Поэтому (j содержание их в мышцах во время работы никогда не достигает исходного. § 56. Биохимические основы спортивной тренировки 21 В период отдыха, когда интенсивное расщепление источников энергии прекращается. процессы ресинтеза приобретают явный перевес. При этом происходит не только восстановление затраченного (компенсация), но и сверхвосстановление (суперкомпенсация), превышающее исходный уровень. Эта закономерность получила название закон суперкомпенсации (рис. 76). Исходный уровень Г*/-- "w.- '1 Работа ! Отдых [Супер- ! Возвращение 'гяеуодйшу' уровню Рис. 76. Закон суперкомпенсации Одной из биохимических основ изменения организма под влиянием тренировки является повышение активности ферментных систем и суперкомпенсация источников энергии, затрачиваемых во время работы. ■. гЩНОСТЬ ЯВЛЕНИЯ СУПЕРКОМПЕНСА В биохимии спорта установлено, что, чем интенсивнее происходит расходование веществ в мышцах, печени и других органах, тем быстрее идет ресинтез и тем значительнее выражено явление сверхвосстановления. Например, после кратковременной интенсивной работы повышение уровня гликогена в мышцах сверх исходного наступает уже после 1 ч отдыха, а через 12 ч воз- ________________ вращается к исходному, дорабочему уровню. После работы большой длительности суперкомпенсация наступает только через 12 ч, но зато повышенный уровень гликогена в мышцах сохраняется более трех суток. Это возможно только благодаря высокой активности ферментов и их усиленному синтезу. Знание закономерностей суперкомпенсации позволяет научно обосновать интенсивность нагрузок и интервалы отдыха во время обычных физических упражнений и при спортивных тренировках. Поскольку суперкомпенсация сохраняется некоторое время по окончании работы, последующая работа может совершаться в более выгодных биохимических условиях и в свою очередь приводить к дальнейшему повышению функционального уровня. Если же последующая работа совершается в условиях неполного восстановления, то это приводит к понижению функционального уровня (рис. 77). Под влиянием тренировки в организме происходит активное приспособление, но не к работе вообще, а к конкретным ее видам (принцип специфичности биохимической адаптации). :^ЮХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТРЕНИРОВАННОГО ОРГАНИЗМА В мышцах тренированного организма: • увеличивается содержание миозина, число в нем свободных HS-групп, т. е. способность мышц к расщеплению АТФ; • увеличиваются запасы веществ, необходимых для ресинтеза АТФ (креатинфос-фата, гликогена, липидов и др.); • значительно повышается активность ферментов, катализирующих как анаэроб- В новый портфояь 1 xL- '-MTA. Рис. 77. Повторная нагрузка при неполном восстановлении 22 ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА Вспомните, как после интенсивной скоростной нагрузки (бег) наступает усиление дыхания (одышка). С чем это связано? Во время совершения работы (бег) из-за недостаточности кислорода в крови скопились недоокисленные продукты (молочная кислота и др.), а также углекислый газ. что приводит к изменению степени кислотности крови. Соответственно это вызывает возбуждение дыхательного центра в продолговатом мозге и усиление ды-^ния. В результате интенсивного окисления нормализуется кислотность крови. А это возможно только при высокой активности ферментов аэробного окисления. Следовательно, по окончании интенсивной работы в период отдыха активно функционируют ферменты аэробного окисления. В то же время от активности аэробного окисления напрямую зависит выносливость спортсменов, выполняющих работу большой длительности. На этом основании именно биохимики рекомендовали включать в тренировки спортсменов, занимающихся разными видами спорта, кратковременные нагрузки высокой интенсивности, что в настоящее время общепринято. ный, так и аэробный окислительные процессы; • содержание АТФ в мышцах под влиянием тренировки заметно не увеличивается, однако быстрота об-мениваемости фосфатных групп значительно возрастает. Это означает, что тренированные мышцы получают возможность выполнения большей работы при том же количестве АТФ, что и в нетренированных мышцах; • возрастает содержание в мышцах миоглобина — белка, запасающего кислород; • увеличивается содержание белков, обеспечивающих расслабление мышцы. Способность к расслаблению мышц под влиянием тренировки возрастает; • адаптация к одному фактору повышает устойчивость к другим факторам (например, стрессам и пр.). Основоположником научной сис- темы физического воспитания и врачебно-педагогического контроля в физической культуре является замечательный отечественный ученый, выдающийся педагог, анатом и врач Петр Францевич Лесгафт. В основе его теории лежит принцип единства физического и умственного, нравственного и эстетического развития человека. Теорию физического воспитания он рассматривал как «филиальную ветвь биологической науки». Огромная роль в системе биологических наук, изучающих основы занятий в области физической культуры и спорта, принадлежит биохимии. Уже в 40-х гг. ушедшего века в лаборатории ленинградского ученого Николая Николаевича Яковлева были начаты целенаправленные научные исследования в области биохимии спорта. Они позволили обосновать принципы спортивной тренировки, выяснить сущность и специфические особенности адаптации организма к различным видам мышечной деятельности, факторы, влияющие на работоспособность спортсмена, на состояние утомления, перетренировки и многое другое. В дальнейшем раз* н. н. Яковлев витие биохимии спорта составило основу под- (1911—1992) готовки космонавтов к космическим полетам. § 56. Биохимические основы спортивной тренировки Тренировка современного спортсмена требует высокой интенсивности и большого объема физических нагрузок, что может оказывать одностороннее влияние на организм. Поэтому она требует постоянного контроля врачей. специалистов по спортивной медицине, опирающейся на биохимию и физиологию спорта. И занятия физкультурой, как и спортивная деятельность, позволяют развить резервные возможности организма человека и обеспечить ему полноценное здоровье, высокую работоспособность и долголетие. Физическое здоровье составляет неотъемлемую часть гармоничного развития личности человека, формирует характер, устойчивость психических процессов, волевые качества и т. д. Биохимия спорта является основой физиологии спорта и спортивной медицины. 6 биохимических исследованиях работающих мышц установлены: • закономерности биохимических изменений как активной адаптации к повышенной мышечной деятельности: • обоснования принципов спортивной тренировки (повторность, регулярность, соотношение работы и отдыха и др.); • биохимическая характеристика качеств двигательной деятельности (быстрота, сила, выносливость); ■ способы ускорения восстановления организма спортсмена и многое другое. > Почему скоростные нагрузки действуют на организм более разносторонне? Попробуйте дать физиологическое и биохимическое обоснование высказыванию Аристотеля: «Ничто так не истощает и не разрушает человека, как продолжительное физическое бездействие». Почему оно так актуально для современного человека? Какие виды спорта вы любите больше других? Какими видами спорта вы занимались? Кого вы считаете наиболее выдающимися спортсменами нашего времени? Какие высшие рекорды в большом спорте вам известны? Когда и где состоялись первые Олимпийские игры, возрожденные со времен Древней Греции? ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА ПРОБЛЕМЫ СОХРАНЕНИЯ ЗДОРОВЬЯ ЧЕЛОВЕКА Урок-конференция Одного долгожителя спросили, что он делал для достижения полного здоровья в таком почтенном возрасте. Он ответил: «Я ничего не делал для этого, но и против этого тоже». Что называют фактором риска? !i rt • V't ■» . Огюст Роден. Врата ада Как-то Конфуций произнес: «Не все ли равно, как длинна будет дорога?» Может быть, проще сразу войти во «Врата ада»? МЫСЛЬ и ОБРАЗ Осознать сложность проблем здоровья человека и ответственность человека за свое здоровье, как личное, так и общественно значимое. ПЛАН КОНФЕРЕНЦИИ 1. Алкоголизм в жизни человека и общества. 2. Курение в жизни человека и общества. 3. Наркомания в жизни человека и общества. Почему так сложны проблемы здоровья человека? Человек одновременно является компонентом многих систем. Он активно взаимодействует с каждой из них. Как биологическая система, организм человека имеет индивидуальную генетическую программу. влияющую на его здоровье. Как член своей семьи, он связан с ее образом жизни, представлениями о здоровье и возможностями его поддержания. Человек — член производственного коллектива и своего бытового окружения, а также представитель своего времени, живущий на планете Земля. Все эти факторы взаимодействуют в сложнейшем переплетении, воздействуя на здоровье человека. Каким образом в жизнь человека вошли такие факторы разрушения здоровья, как алкоголь, никотин и наркотики? 1-' СООБЩЕНИЕ 1 \. Алкоголь в жизни человека и общества. Каков биохимический механизм воздействия алко-* голя на организм? Чистый спирт является сильным ядом, 60'~70%-ный раствор убивает микроорганизмы. Если концентрация спирта выше 20%, он вызывает обезвоживание и коагуляцию белковых веществ. Поскольку этанол хорошо растворим, выпитый алкоголь очень быстро всасывается в кровь. Спирт, являясь хорошим растворителем жиров, легко проходит через клеточные мембраны, особенно в нервные клетки, и на длительное время остается в них. I § 57. Проблемы сохранения здоровья человека Обсудите социальные факторы алкоголизма, меры борьбы и профи-ластики на разных уровнях (семья, коллектив, государство). 25 чсточники информации 8 о X м я н и н Г И. Не подлежат оправданию / Г И. Box-мянин. — М.: Педагогика, 1986. СООБЩЕНИЕ 2 Курение в жизни человека и общества. Соберите материал по истории табачных культур в жизни человечества. Выясните, почему настои табака высокоэффективны в борьбе с вредителями плодово-ягодных культур. Обратите внимание на то. что в жизнь людей табак вошел как средство для защиты растений и как декоративная оранжерейная культура. Известно, что под влиянием курения происходит изменение личности курильщика. Какова психология курения? Ознакомьтесь с медицинскими методами излечения от никотиновой зависимости. Обсудите правила, которые помогут курильщику отказаться от курения. Источники информации Шаповалов К. Медико-социальные последствия курения табака и борьба с ним // ОБЖ. — М.: Русский журнал. 2005. — № 11. 12; 2006. — № 1. СООБЩЕНИЕ 3 Наркотики в жизни человека и общества. С наркотическими веществами человек познакомился предположительно 40 тыс. лет назад, однако применяли их только в лечебных целях. Обсудите причины наркомании в современном мире и действие наркотиков на организм человека. Обратите внимание на то, что редкий наркоман доживает до 30 лет. Почему? Каковы методы профилактики и лечения наркомании? Источники информации 1. Левин Б. М. Наркомания и наркоманы / Б. М. Левин, М. Б. Левин. — М.; Просвещение, 1991. 2. Решетников М. О борьбе с наркоманиями в России П ОБЖ. 2005. - N» 6. 7, 8. 3. 6 все лова О. В. Наркотики: жизнь или смерть? // Биология в школе, 2002. - № 2. ПОДВЕДЕНИЕ ИТОГОВ Человек может активно содействовать факторам, укрепляющим здоровье. Это зависит от уровня его знаний и степени ответственности. 26 ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА 58 J БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЦИОНАЛЬНОГО ПИТАНИЯ Урок-лекция Здоровье близко ^ ищи его в миске. Русская народная пословица Ключевые Адаптация к питанию • Энерготраты слова 1 Каковы биохимические функции питания? Как осуществляется энергетическая функция питания? Каковы биохимические критерии рационального питания? Обмен веществ, гликолиз, аэробное окисление. Белки, жиры, углеводы (Био- ^ логия, 9 кл.; Естествознание. 10 кл.). ' БИОХИМИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ ПИТАНИЯ. Питание преследует ряд основных задач: • обеспечить организм источниками энергии, постоянно расходуемой в процессе жизнедеятельности; • обеспечить организм пластическим («строительным») материалом, необходимым для построения и постоянного обновления^ клеточных структур: ^ • обеспечить организм витаминами, водой р и минеральными солями, которые не только принимают активное участие в обмене ве-ц ществ, но поддерживают нормальное осмоти-^ ческое давление в крови и тканях. ^ КАКИМ ОБРАЗОМ ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ ЭНЕР-^ ГЕТИЧЕСКАЯ ФУНКЦИЯ ПИТАНИЯ^ Энергети-Б ческая функция в первую очередь принадле-п жит углеводам и липидам, а пластическая —л белкам. В то же время часть аминокислотн> используется в качестве источника энергии.м Окисление глюкозы в клетках, как вы уже знаете, происходит в двев; стадии: гликолиз и аэробное окисление. При этом постепенно освобож-ci дается энергия химических связей в молекуле глюкозы. Из 1 г глюко*п< зы освобождается 4,1 ккал (17,6 кДж) энергии. ч< Калорийность 1 г белков также составляет 4.1 ккал. Липиды имеют значительно большую калорийность: 1 г липидов соответствуете! 9,3 ккал. Такая высокая калорийность объясняется их составом. О Липиды содержат 9/10 углерода и водорода и лишь 1/10 часпэ! кислорода. Поскольку именно атомы углерода и водорода в конечноиггг Якоб Йордане, праздник бобового короля Дайте оценку трапезе, представленной художником, с тонки зрения биохимика. мысль и ОБРАЗ § 58. Биохимические основы рационального питания Липиды Углеводы Белки © Глицерин Т Жирные кислоты Т Глюкоза Глицериновый альдегид А ? Пировиноградная ^ кислота Аминокислоты •t / Т 1 Углекислый газ и вода Рис. 78. Схема единого пути окисления счете подвергаются окислению, то понятно, что в липидах сконцентрировано значительно больше энергии. Энергетическая функция и углеводов, и липидов, и белков осуществляется единым биохимическим путем окисления образовавшихся из них веществ (рис. 78). Поскольку многие из этих реакций обратимы, то схема показывает также некоторые пути взаимопревращения углеводов, липидов, остатков молекул белков. БИОХИМИЧЕСКИЕ КРИТЕРИИ РАЦИОНАЛЬНОГО ПИТАНИЯ В науке о питании долго господствовал «энергетический» подход: для оценки любого рациона учитывалась только его калорийность. Действительно, недостаточная калорийность питания приводит к истощению организма. а избыточная — к патологическому ожирению. Однако и при адекватной калорийности питание может быть весьма неполноценным. Это связано с тем, что различные углеводы, липиды и белки неравноценны по своему биологическому значению для организма. Какова биологическая ценность различных углеводов? Наиболее легко усваиваются моносахариды. Они легко всасываются из кишечника в кровь, не подвергаясь предварительному гидролизу. Особенно быстро всасываются глюкоза, галактоза и фруктоза. Сахароза, как и другие дисахариды, расщепляется до моносахаридов и, таким образом, также является легко усвояемой формой углеводов. ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА Потребности людей в сладком долгое время удовлетворялись исключительно плодами и фруктами, реже — медом. Около 2 500 лет назад научились получать сахар из высушенного сока сахарного тростника. Многие столетия сахара производили мало, он был дорюг, его употребляли в небольших количествах (в основном для подсла-щения пищи). За последние полтора столетия положение сильно изменилось. Резко возросло промышленное производство сахара и его потребление, выяснилось, что сахар может быть причиной ряда тяжелых заболеваний. Однако неумеренное потребление сахара связано со множеством меди- ^ цинских проблем. Как можно объяснить, что сахар - ^ природный продукт, который издавна F употребляется людьми, оказался < вредным для здоровья человека? l С развитием и ростом производства сахара совершенствовалась техноло-^ ГИЯ его очистки. Получили пищевой^ продукт белого цвета — белый сахар Обратим внимание: сахара в чистоис виде в природе не найдены. В расте-и ниях они откладываются в виде слож-С ных комплексов с белками, липидами, витаминами, минералами и дру*С гими веществами. При рафинировании сахара человек не извлекает и;Р растения этот ценный природный продукт, а производит химическиЛб артефакт. Следовательно, белый сахар — это дитя современной тех-в нологии, а не природы. Калорийность сахара такая же. как у картофеля, овощей и фр^ вместе взятых. Сахар улучшает вкус многих продуктов и блюд. В то ж« время врачи пришли к выводу, что потребление сахара в большом кол^ честве вызывает понижение неспецифической сопротивляемости орг низма к стрессам. Это создает почву для развития многих 3a6oneBaHv Не подлежит сомнению, что основное место в питании челове должно принадлежать другому углеводу — крахмалу, содержащемуся 11. зернах злаков, семенах растений, клубнях картофеля, овощах и друп^^ растительных источниках. Обязательным компонентом пищи человек} является другой полисахарид — клетчатка. Клетчатка не переваривает; ся в пищеварительной системе человека, она оказывает опосредо ное влияние на биохимические процессы в организме: обеспечи функционирование кишечника и поддерживает бактериальную мик рофлору, в симбиозе с которой существует такая сложная система, ка организм человека. Какова биологическая ценность различных липидов? Природн липиды состоят из многих компонентов. Основную массу предста триглицериды, а также свободные жирные кислоты, пигменты, жи добные вещества (липоиды), витамины, растворимые в жирах, и др компоненты. Многие вещества являются очень ценными и незамениш ми факторами питания (непредельные жирные кислоты, витамины и т. Следовательно, нерафинированное масло (как и нерафинированный а хар) содержит много биологически ценных веществ. Некоторые из ш (например, фосфатиды) придают маслу мутность, постепенно выпадав в осадок, сохраняя свои ценные качества. С другой стороны, если мае яичная культура выращена в экологически неблагополучных условиях, i в масле и в осадке могут скапливаться ядовитые загрязнители, наприм тяжелые метгшлы. В таком случае рафинирование масла совершем необходимо и требует специального биохимического контроля. § 58. Биохимические основы рационального литания 29 Какова биологическая ценность различных белков? Белки, используемые в питании, существенно отличаются друг от друга по аминокислотному составу. Для удовлетворения потребностей организма наибольшее значение имеют восемь аминокислот, которые не могут образовываться в организме человека. Они являются незаменимыми и обязательно должны поступать с пищей. К ним относятся; валин, лейцин, изолейцин, треонин, метионин, фенилаланин, триптофан, лизин. Белок, содержащий все незаменимые аминокислоты, называют яолноценным. Полноценные белки — это белки животного происхождения — мяса, молока, яиц и др. Необходимо, чтобы все незаменимые аминокислоты были в организме в достаточном количестве. Обычно человек получает с пищей смесь различных белков. Среди них имеются и неполноценные белки, в которых отсутствует та или иная незаменимая аминокислота. Однако в конечном счете смесь аминокислот, образовавшаяся при переваривании, может оказаться полноценной за счет других пищевых белков. Следовательно, ценность белка в питании определяется в первую очередь их аминокислотным составом. Рвциональное питание должно соответствовать потребностям человека и обеспечивать оптимальное его состояние. Пища должна возмещать организму все вещества, расходуемые им в процессе жизнедеятельности. Калорийность питания должна соответствовать энергозатратам человека, Пищевые продукты должны быть сбалансированы по составу белков, липидов, углеводов, витаминов, минеральных солей. Вещества, поступающие с пищей, должны обеспечивать организм энергией и пластическим материалом. В новый портфель В популярной книге о питании имеются главы с названиями «Белый, чистый и смертельный» и «Великолепная восьмерка». Объясните, к каким проблемам питания привлекает внимание автор книги. Почему не любая пища полезна для нас? Сколько аргументов вам удалось найти? Все ли вы учли? ^ Соберите материал о пользе и вреде употребления сахара в питании. Какова ваша позиция? ЕСТЕСТВЕННА ►ШКИ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА Урок-практикум БИОХИМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНОВ Завтрак съешь сам, обед раздели ( с другом, ужин отдай врагу. t Старинная солдатская пословица ^ г Из старого портфеля Биохимическое обоснование рацио* i мального питания (см. § 58). Качест* с венные реакции на ионы (Химия, 9 кл.). г ь ЦЕЛЬ РАБОТЫ Научиться составлять биохимически обоснованный рацион. Научиться некоторым лабораторным методам анализа пищевых продуктов. Оборудование: Фруктовые и овощные соки, свежие овощи и фрукты, универсальная лакмусовая бумага, раствор щелочи, раствор нитрат; серебра (АдНОз). I ПЛАН РАБОТЫ Последовательно выполнить задания. L Каково должно быть соотношение ос*' новных компонентов питания? Основное место в питании человека принадлежит углеводам. Они составляю!, приблизительно 2/3 (сухой вес) потребляемых пищевых веществ. Соотношение бея--ков, жиров и углеводов в рационе должнс быть 1:1:4, т. е. на 100 г белков приходится-100 г жиров и 400 г углеводов. Следует понимать, что это соотношение — самык общий ориентир, не отражающий индивидуальные особенности и, следовательно_ потребности каждого отдельного человека Люди, живущие в различных климатических зонах, имеют свои особенное^' адаптации к условиям питания. Одни упр. требляют главным образом мясную пии|} (Кавказ, Азия), другие предпочитают рыб' (северные народы, полинезийцы), а в Ин дии преобладают строгие вегетарианщг Адаптация к питанию, как и любая друг» По каким основаниям данный рацион не может считаться полноценным? МЫСЛЬ и ОБРАЗ J § 59. Биохимическое обоснование рационов реализуется в организме на молекулярном уровне и связана прежде всего с синтезом и выделением соответствующих пищеварительных ферментов. Длительная адаптация к традиционному питанию оказывается адекватной к условиям и образу жизни людей. Питание ~ одна из древнейших связей организма со средой. Приспособлений и к способу питания, и к его недостатку выработалось июжество {поведенческие, инстинктивные и др.). Одно из приспособлений к недостатку питания это поедание ббльшего количества пищи, чем это требуется организму, и преобразование ее в жировые вапасы. Поскольку биохимические процессы, обеспечивающие этот режим питания, также связаны с повышенным синтезом и активацией соответствующих ферментных систем, то становится понятным, что переедание вызывает глубокие изменения в обмене веществ уже на молекулярном уровне. Составьте свой суточный рацион. С этой целью: 1. • учтите ваш вес тела и приблизительный расход энергии; • используйте приведенную таблицу энергетической ценности пищевых продуктов; Энергетическая ценность некоторых продуктов и блюд Наименование продукта, блюда Масса, г Калорий- ность, ккал Наименование продукта, блюда Масса, г Калорий- ность, ккал с Хлеб ржаной 50 109 Говядина отварная 90 134 Хлеб пшеничный 50 123 треска жареная 100 162 Масло 20 76 Котлета говяжья паров. 100 168 Яйцо 1 шт. 133 Овощи тушеные 225 140 Чаи с сахаром 200 86 Картофель отварной с маслом 250 280 Кофе с молоком и сахаром 200 139 Зеленый горошек 100 40 Какао с молоком и сахаром 200 218 Сельдь слабой соли 100 120 -Сыр российский 1 50 104 Макароны отварные с маслом 200 364 Колбаса вареная 50 103 Орехи грецкие 100 565 Каша гречневая 200 102 Мороженое пломбир 100 226 Каша геркулесовая ' молочная с маслом 200 200 Шоколад молочный 50 233 Йогурт 200 100 Печенье 100 298 32 ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА Продолжение Наименование Масса, Калорий- i i Наименование Масса, продуюга, блюда г HOv U ь, ккал продукта, блюда г > Творог полужирный 100 175 Огурец свежий Салат из свежей 100 Молоко 180 111 капусты с растит, маслом 155 Кефир 180 109 Отвар шиповника с сахаром 200 бульон к^иный с вермишелью 200 260 Яблоко, груша, апельсин 100 Борщ со сметаной 300 169 Сок фруктовый 200 Калорий*' ^ ность, ккал 30 д I 100 161 42 90 L Прием пищи • опирайтесь на сведения о биохимических обоснованиях рационального питания. N СкЬормлвние результатов Результаты работы оформите в таблице. j Суточный рацион питания Общая ^ Наименование блюд Общая масса, г калорийность, ккал Завтрак Обед I Полдник Ужин 2. Выполните практическую работу «Исследование фруктовых * овощных соков по степени их кислотности и содержанию некоторых ионов». , 1. С помощью универсальной индикаторной бумаги определите среду, которую имеют; лимонный сок, яблочный сок. капустный сок, огуречный сок. | 2. Определите, содержатся ли ионы железа в яблоке, винограде, огурцах. Для этого добавьте в пробирку с cokoit несколько капель раствора щелочи. I 3. Определите, содержатся ли ионы иода в киви, морской капусте, рыбе, гречневой крупе, картофеле сыром, картофеле вареном, яблоке. Для этого в пробирку с соком или вытяжкой из продуктов добавьте несколько капель раствора нитрате серебра. \ 4. Определите, содержатся ли ионы меди в винограде яблоке, лимоне. Для этого в пробирку с соком добавьте не сколько капель раствора щелочи. i г § 59. Биохимическое обоснование рационов Оахюмление результатов Одновременно с выполнением задания записывайте результаты наблюдения в таблицу. 33 Номер задания Объект исследования Реактив Наблюдение Выводы Г1 Выполните творческое домашнее задание: найдите в медицинских энциклопедиях и справочниках или интернет-ресурсах ответы на вопросы: 1. Что такое макро- и микроэлементы? 2. Какое значение для здоровья человека имеют элементы: железо, иод, медь, кобальт, натрий, калий, кальций, марганец, фосфор? 3. В каких продуктах содержатся эти элементы? . t/ 60 ВИТАМИНЫ КАК БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА Урок-лекция Почему витамины были открыты значительно позже других компонентов питания? Что показали результаты химического синтеза витаминных препаратов? В чем проявляется биологическая активность витаминов? —------ - Меризи да Караваджо. Корзина с фруктами МЫСЛЬ и ОБРАЗ От недостатка витаминов особенно страдали путешественники и мореплаватели. Так, например, цинга вызвала гибель ббльшего числа моряков, чем морские бои и кораблекрушения. Известно, что из 160 участников экспедиции Васко да Гама, прокладывавшего путь в Индию. 100 человек погибли от цинги, так как питались почти исключительно солониной. Правда, имеются исторические свидетельства о том. что средиземноморские пираты запасали бочки с лимонным соком и благодаря этому могли очень долго жить в море. К открытиям приводит случайность, но своевременнаяс и подмеченная зорким глазом, э Луи Паств(Л Ключевые слова Витамины • Антивитамины Обмен веществ, ферменты (Био-^^ логия. 9 кл.). 2 ПОЧЕМУ ВИТАМИНЫ БЫЛИ ОТКРЫТЫ ЗНА3, ЧИТЕЛЬНО ПОЗЖЕ ДРУГИХ КОМПОНЕНТОВ ПИТАНИЯ? О существовании такой группы« веществ, как витамины, в наше время зназ] ет каждый человек. Известно, что витамины! должны находиться в пищевых продуктах, их отсутствие в пище может вызвать раэз1 личные нарушения обмена веществ и даж^с тяжелые заболевания. Однако понадобиж лись годы кропотливого труда, чтобы выдеб! лить витамины из природных материалов^ изучить их свойства, найти способы опти^ мального использования в рационах челе века, а также в лечебных целях. ц Каким образом узнали о существовании: витаминов? Многовековой опыт врачеё! подсказывал, что многие заболевания чел01| века, несомненно, связаны с дефектами питания. При этом даже самая обильна пища не гарантирует защиты от этих заб<%| леваний. 5< К числу болезней, связанных с витамин ной недостаточностью, относятся цингак рахит, пеллагра, бери-бери (полиневрит и др. !■ Первое экспериментальное доказатель ство того, что, кроме белков, жиров и углер водов, существуют другие незаменимы компоненты питания, было получено в клав» § 60. Витамины как биологически активные вещества жческом научном эксперименте, который ipoeen Николай Иванович Лунин в 1880 г. )н пришел к выводу: «...вышеупомянутые К1ыты учат, что невозможно обеспечить кизнь белками, жирами, сахарами, соля-||и и водой — из этого следует, что в мо-юке... содержатся помимо этих веществ фугие, незаменимые для питания. Пред-яавляет большой интерес исследовать ли вещества и изучить их значение для мтания». Следующий шаг в истории открытия жтаминов сделал голландский врач Хрис-тш Эйкман в 1896 г. Им было экспериментально доказано, сто в оболочках риса содержится неиз-свстное вещество, предохраняющее от }чень тяжелого заболевания — бери-бери. Только в 1911 г. польскому ученому Кашмиру Функу удалось выделить это ве-цество из оболочки риса в кристалличес-юм виде. В его составе Функ обнаружил сминогруппу (“NHg). Так появился термин •витамины» (от лат. vita — жизнь, т. е. Htamin ~ амин жизни). В дальнейшем шяснилось, что многие витамины не *onbKo не содержат аминогруппы, но да-tt азота (например, витамин С ^ аскорбиновая кислота). Однако термин «вита-мны> настолько прочно вошел в обиход, сто менять его не имело смысла. В настоящее время известны десятки мтаминов. До тех пор, пока не были «вучены состав и химическая структура мтаминов, их выделяли из природных тродуктов. Насколько это было трудно, ложно судить по следующим примерам: • для получения нескольких граммов мамина В, требовалась сложная переработка 1 т дрожжей; • 0.5 г витамина получали при обработке 1 т молочной сыворотки; • из 30 000 яиц удавалось выделить И г биотина (витамина Н); • из 50 000 апельсинов — несколько раммов витамина С. Теперь становится понятным, почему мтамины были открыты позже других Н. и. Лунин изучал значение минеральных солей в питании. Подопытные мыши были разделены на две группы: экспериментальную и контрольную. Экспериментальная группа получала пищу из искусственно приготовленной смеси. В нее вхо/иши химически чистые вещества: молочный белок (казеин), молочный жир, молочный сахар, вода и минеральные соли. Контрольная группа мышей получала натуральное молоко. Мыши, находившиеся на экспериментальной диете, через некоторюе время переставали расти и развиваться, теряли в весе, переставали поедать предложенный им корм и. наконец, погибали, если им не начинали давать натуральное молоко. Н. И. Луниным впервые было экспериментально доказано, что существуют незаменимые для питания вещества, кроме всех ранее известных. Эти опыты были повторены и подтверждены другими учеными (обязательное условие в научных исследованиях). Н. И. Лунина считают основоположником науки ви-таминологии. Работая тюремным врачом на о. Ява. он обратил внимание на то. что среди заключенных практически не встречалась болезнь бери-бери, которая была широко распространена в этом регионе. Эйкман предположил, что имеется прямая связь между заболеванием и характером питания. Заключенным давали в пищу неочищенный рис и отходы его обработки (рисовые отруби), в то время как остальное население питалось очищенным (полированным) рисом. Сходная болезнь возникала у кур и голубей, живших в тюремном дворе и питавшихся отходами пищи. Эйкман перевел заболевших кур на питание неочищенным рисом, заболевание прошло. Эйкман приготовил экстракт из рисовых отрубей и с его помощью также вылечил заболевших кур. ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА компонентов питания: витамины со* держатся в природных продуктах е f очень малых количествах и необхо-/ димо было найти доказательства ^ что нарушение обмена веществ ее организме связано с питанием, ей* с тамины имеют различную химичес*а кую природу и выделить их было трудной задачей для химиков. с L После того как были установлены химический состав и структура витаминов, стало возможным их промышленное производство путем химического синтеза. В новый портфель ЧТО ПОКАЗАЛИ РЕЗУЛЬТАТЫ ХИМИЧЕСКОГО СИНТЕЗА ВИТАМИННЬПь ПРЕПАРАТОВ? При исследовании химической природы витаминов ока* г залось, что многие из них встречаются группами по 3—5 родственньос соединений и более (витамины группы А, группы В и др.). Витаминьт одной группы незначительно различаются и по химической природе, v по степени физиологической активности. Для выяснения роли различ*! ных функциональных групп таких соединений было синтезировано мно*| го их искусственных аналогов. При этом выяснилось, что некоторые производные витаминов оказывают на организм противоположное] действие по сравнению с витаминами. Эти вещества получили назва* ние антивитамины. Будучи ложными заменителями, они тормозят и/ нарушают нормальное течение обменных процессов. Возникает ост^ витаминная недостаточность даже в тех случаях, когда соответств) щий витамин поступает с пищей в достаточном количестве. Такими антагонистами витаминов могут быть, например, и антиб» тики, и сульфаниламидные препараты. Так, сульфаниламидный прег рат стрептоцид угнетает рост бактерий, потому что является антивита мином пара-аминобенэойной кислоты, а она служит фактором росп бактерий. Сравните состав и строение стрептоцида с составом ( строением пара-аминобензойной кислоты (рис. 79) — они очен» сходны. Поэтому стрептоцид конкурирует ( лара>аминобензойной кислотой за связыва ние с определенными ферментами в бакте риальной клетке. В результате соединена стрептоцида с этими ферментами бактери теряют способность синтезировать необхо димый им витамин — фолиевую кислоту. белый стрептоцид NH /1> аминобензойная кислота О ОН Рис. 79. Стрептоцид и п-аминобенэойная кислота В ЧЕМ ПРОЯВЛЯЕТСЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ М ТИВНОСТЬ ВИТАМИНОВ? Механизм действн витаминов был расшифрован в результат длительных и сложных исследований. Уел новлено, что витамины являются биолог» ческими катализаторами, большинство» них входит в состав ферментов. Так, витами В, входит 8 состав фермента, осуществляв щего процесс декарбоксилирования. Вип мин РР входит в состав ферментов дегидрс генирования окислительных процессов и т.т* I § 60. Витамины как биологически активные вещества Имеются витамины, которые образуют не ферментные системы, а оругие сложные вещества в орга-шме. Например, витамин А, входит в состав белка, обеспечивающего световосприятие зрительного нерва, а также участвует в образовании специфического фермента — лизоцима. Лизоцим содержится в легочной ткани, в слизистой оболочке таз, во многих выделениях (носовая cmi3b, слезы й др.) и обладает бактерицидным действием. Установлено, что витамины, имея различную химическую природу, обладают общей биохимической функцией — входят в состав ферментов либо являются компонентами ферментативных реакций. У каждой группы витаминов свой путь проявления биологической активности. Для практических целей и понимания процессов обмена веществ в организме существенное значение имеет изучение витаминных комплексов и их взаимодействия друг с другом и с другими веществами. в новый портфель ОБРАЗ жизни I Имейте в виду: при лечении антибиотиками необходимо согласовывать с врачом курс витаминизации и строго соблюдать его. >■ Соберите аннотации к витаминным препаратам, выпускаемым разными фармацевтическими фирмами. Сопоставьте дозировки различных витаминов, их сочетание, рекомендации к приему. ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА ч и ■ Г 1 J ' I I 61 ВИТАМИНЫ: ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА Урок-лекция Мал золотник, да дорог * Русская пословиш Ключевые слова Как называют и классифицируют ви* тамины? Почему организм человека не синтезирует витамины самостоятельно? Какие факторы влияют на потребность организма в витаминах? Авитаминоз • Гипервитаминоз • Гиповита* миноз • Водорастворимые витамины н Жирорастворимые витамины < г Из старого портфеля Ферменты (Естествознание. 10 кл., §30; Биология, 7, 8, 9 кл.). НАЗВАНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ ВИТАМИНОВ До тех пор пока хими-| ческая структура витаминов оставалась неизученной, их обозначали» буквами латинского алфавита (А. В, С и т. д.). j Еще чаще витаминам давали название, соответствующее тому за*» болеванию, которое возникает при полном отсутствии этого витамин!; 8 организме. Такое состояние организма обозначают как авитаминоз С этим связаны названия: «противоцинготный» для витамина С, «антира-с хитический» для витамина Dg, «антидерматитный» для витамина Bg и т. дг Некоторые витамины были названы по отдельным физиологическикт проявлениями их действия. Например, «витамин роста», «витамин зрет ния» и т. п., а часть витаминов названа по другим основаниям. HanptfK мер, один из витаминов группы В был выделен из листьев шпината lE поэтому был назван «фолиевая кислота» (от лат. folium — лист). Вита-б мин Н — биотин — получил свое название от латинского слова bios жизнь. 3 в настоящее время, когда изучена химическая природа витаминовС они получили соответствующие строго научные названия. Напримерр витамин Bg — пиридоксин, витамин РР — никотиновая кислота и т. д»* В качестве классификационного признака выбрана способность вне таминов к растворению — в воде или жирах. т Витамины образуются в основном в клетках растений, у высимс растений синтез витаминов происходит в зеленом листе. Большинству витаминов встречается почти во всех растениях, но в разных органа и в различных количествах. Некоторые витамины вырабатываются толе ко определенными растениями. р Обратим внимание: водорастворимые витамины не откладываютср в организме про запас. Если не все количество водорастворимых вм таминов. поступающих с пищей, будет использовано организмом, тоф избыточное количество удаляется с мочой. В то же время жирораствоС римые витамины способны накапливаться в печени и в жировой ткзмг что может сопровождаться тяжелыми патологическими измененияв ft § 61. Витамины: общая характеристика (гипервитамикоз). Например, ядовитость печени полярных животных для человека связана с большой концентрацией в ней витамина А. Это необходимо знать и учитывать в практической жизни, не допуская передозировки соответствующих жирорастворимых витаминов как при употреблении соответствующих пищевых продуктов, так и при использовании витаминных препаратов. 39 Для удобства изучения витамины классифицируют по физическим свойствам — растворимости в воде и растворимости в жирах (еодо- и жирорастворимые витамины). ■ Ю-^У ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА п: СИН7РГ::; у: ИЪ ::ЯТЕЛЬН0? Ряд витаминов человек получает с продуктами животного происхождения (мясо, рыба, яйца, молоко). Однако будем помнить, что это не уменьшает зависимость человека от витаминного обеспечения, которое ему дают растения. Да и сами животные, послужившие нам продуктами питания, существовали благодаря растениям. Каков биологический смысл такого биохимического устройства природы, при котором необходимые организму человека витамины синтезируют для него растения, бактерии, передают другие животные? Известно, что природа устроена очень рационально и экономично. Поскольку витамины — это компоненты каталитических процессов, они требуются организму в крайне малых количествах. Следовательно, синтез витаминов в организме человека был бы нерациональным. В самом деле, для того чтобы самостоятельно синтезировать такое малое количество биологически активных веществ, природе пришлось бы создавать сложнейшие и дорогие в энергетическом отношении циклы. В то же время растения получают достаточно дешевой солнечной энергии и обладают огромной синтетической способностью. Кто, помимо растений, обеспечивает человека витаминами? Огромную роль в жизни человека играют бактерии. Среди наших постоянных попут-У’ш чиков можно назвать кишечные бактерии. живущие в кишечнике человека. Они используют «обломки» пищи, которые еще не успели перевариться и всосаться. Такой пищи бактериям В растениях образуются также вещества, содержащие биологически активную часть молекул витаминов. Такие вещества называют провитаминами. В организме животного они превращаются в витамины. Например, растения накапливают провитамин А — каротин. В корнях моркови содержание каротина особенно велико. В организме человека из каротина может синтезироваться витамин А. Однако каротин должен находиться в пище. т. е. для синтеза витамина А организму человека опять-таки нужна помощь растений, которые заготовили для него «полуфабрикат». Еще пример подобного рода. Витамин РР может образоваться в организме человека из триптофана (см. § 53). Триптофан, как и все циклические аминокислоты, является незаменимой для животных аминокислотой. Он должен быть синтезирован растением и обязательно присутствовать в пище человека. Животные меньше специализируются на синтезе всех необходимых для их жизни веществ и поэтому попадают в зависимость от потребляемой пищи. Однако это дает им и большие преимущества, так как клеточные механизмы, освобождающиеся от синтеза «полуфабрикатов», могут быть использованы для обеспечения более сложных функций. 40 ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА вполне достаточно, и поэтому они не распространяются далее по орга-А низму. Баетериальные клетки способны интенсивно расти и развиваться Г Природа снабдила их для этого набором ферментов, а недостающие owijc сами синтезируют — затруднений с энергетическим обеспечением вб условиях изобилия пищи у них не имеется. И для себя (заодно и д/к( человека) кишечные бактерии производят витамины, используя в каче-г стве сырья более простые химические соединения. Бактерии произво’ дят так много витаминов, что часть их переходит из бактериальных кле* ток в кишечник. Из кишечника образовавшиеся витамины всасываютса в кровь, разносятся ко всем тканям, обеспечивая нормальный обмек веществ. Если процесс всасывания витаминов в кишечнике нарушен, то мо* жет возникнуть гиповитаминоз (болезненное состояние из-за недоста* точности витаминов) и даже авитаминоз. При нормальном всасывани! роль кишечных бактерий настолько существенна, что они способны, например, полностью обеспечить организм человека витамином К. Кот* да была выяснена роль бактериального синтеза витаминов, стало нятным то странное обстоятельство, что некоторые витамины содержат^ ся в помете животных в большем количестве, чем в исходной пище. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВИТАМИНОВ Водорастворимые витами> ны. Это обширная группа веществ (В, С, РР и др.). Они имеют различную химическую природу, однако все они — низкомолекулярные вещества, содержащие функциональные группы органических веществ; спиртов, альдегидов, аминов, карбоновых кислот. Водорастворимы! витамины чаще всего выполняют окислительно-восстановительньм функции и самостоятельно, и в составе ферментов. В их отсутстви! процессы сгорания, деструкции углеводов, жиров, белков будут протекать замедленно, с серьезными нарушениями и накоплением недоокио ленных промежуточных продуктов обмена. Жирорастворимые витамины. Это постоянный компонент природ ных жиров. В каждой группе жирорастворимых витаминов имеется н( одно, а несколько соединений, сходных по своей химической природМ£ Все витамины этой группы являются циклическими соединениямю!' имеющими длинную боковую углеводородную цепь, что и объясняет ибс нерастворимость в воде. Растворимость в жирах обусловливает i особенности их биологической роли. Они медленно вовлекаются в хине мическую динамику клетки, подобно жирам, их действие распрострне няется на такие процессы в организме, которые совершаются длитель< ное время, например процессы построения структур иммунной защи^ ты организма и т. п. Так, витамин D участвует в формировании KOCTeiUk витамин А необходим для нормального развития эпителия покровньви тканей и других процессов. де Как видим, биологическая функция витаминов не ограничиваетсно участием в образовании ферментов. Они также могут обладать антиом . сидантным действием (защищать организм от повреждающегед действия свободнорадикальных форм кислорода) и гормональнойе активностью. зх< г § 61. Витамины: общая характеристика ^:■:03A ПОТРЕБНОСТЬ ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА В ВИг^. ЛХ' Потребность в витаминах зависит от возраста человека, массы тела и других особенностей его организма. Ее можно определить с помощью биохимических анализов, врачебных наблюдений, а в ряде случаев (например, гиповитаминоз) и по самонаблюдению. Средняя суточная потребность в витаминах приведена на рисунке 80. Гиповитаминоз проявляется в быстрой утомляемости, снижении работоспособности, возможен плохой сон и аппетит, головокружения. снижение сопротивляемости к инфекциям. Симптомами недостаточности витаминов может быть кровоточивость десен (витамин С), подкожные кровоизлияния (витамины Р, К), трещины в уголках рта (В,. С). Врачи могут установить гиповитаминоз по состоянию кожных покровов. Специфическое проявление гиповитаминоза А связано с плохим зрением в сумерки. Такое явление называют «куриная слепота». Оно проявляется в том. что при переходе из светлого помещения в слабо освещенное глаз долго не адаптируется к световосприятию. Точно устаноелено, что потребность в витаминах увеличивается при напряженной физической и умственной деятельности, при стрессовых ситуациях, при заболеваниях гриппом и другими инфекционными болезнями. Небольшие отклонения от средних норм поступления витаминов несущественны для процессов обмена веществ, поскольку организм человека, как и любая биологическая система, обладает способностью (Саморегуляции. Исследования ученых показали, что витамины должны поступать в рацион человека в определенных соотношениях, так. при увеличении дозы аитамина С требуется большее количество витамина В2, а эффективность действия витамина С выше, если он находится в комплексе с витамином Р. как он и встречается в природе. Подобные зависимости найдены и для других витаминов. И это понятно, поскольку организм человека — ' единая, целостная система. Все биохимические реакции, протекающие в нем, должны проходить согласованно, при этом витамины должны всодить в общие биохимические циклы в определенных пропорциях. 42 ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА Витамины: • представляют собой низкомолекулярные органические вещества; • имеют различную химическую природу; • могут быть синтезированы химическим путем; • являются биологическими катализаторами; • в большинстве случаев входят в состав ферментов; • являются незаменимыми компонентами пищи. Витамины должны поступать в организм человека не только в определенном количестве, но и в требуемом соотношении. Лучшая форма витаминной обеспеченности — природные комплексы витаминов и других веществ. ОБРАЗ ЖИЗНИ • Витамины встречаются в природе не в химически чи( виде, а в виде сложных комплексов с другими веществами. Природные комплексы витаминов представляют собой ценнейш^ё продукт для здоровья человека, поэтому они предпочтительнее синтетически препаратов. К тому же исключается передозировка и гипервитаминоз, что нё" редко наблюдается при использовании синтетических витаминных препаратов • При лечебном и профилактическом приеме витаминных препаратов cneAye.j проводить отдельные курсы витаминизации с перерывами в соответствии физиологическим состоянием организма. р- Пользуясь дополнительной литературой, интернет-ресурсами, ан> тациями к витаминным препаратам, составьте обобщенную справо^ ную таблицу, сделайте по ней сообщение в классе. V V, tr, Si -Х' - PHHi спо EKAi Урок-лекция f Какие вещества называют лекар* ствами? Чем обусловлено целебное действие лекарственных растений? Почему в наше время знание прин-щшов использования лекарственных веществ необходимо каждому? Понятно, почему у доктора Гибнера «все, как мухи, выздоравливают». Однако какой общий принцип использования лекарственных веществ отражен в этой реплике? В£ЩеСТВА НАЗЫВАЮТ ЛЕКАРСТВАМИ? Лекарственное средство — это вещество, используемое для воздействия на организм в целях предупреждения или лечения болезни. Лекарства рас-оиатривают как частный случай биологически активных веществ. Наука о лекарствах (фармакология) сфор-I иировалась лишь в XIX в. Только в 1860-х гг начались первые экспериментальные исследования лекарств. За 150 лет I суп|ествования фармакологии в практику вошли более 200 тыс. лекар-' ственных средств. В XX в. фармакология стремительно развивалась на основе обще-! биологических знаний и достижений органической химии. В настоящее время можно выделить следующие основные направления фармакологии: • молекулярная фармакология; • фармакология малых, средних и больших доз; • фармакология биорегуляторов; • мшунофармакология; • профилактическая фармакология; «создание перспективных лекарственных форм (ингаляции, спреи, |аппликации и т. д.); • содружество фармакологии с биокибернетикой и медицинской гене-'тикой; 44 ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА • поиск веществ, целенаправленно воздействующих на клетку, для своей регуляции клеточной активности; Санкт • использование природного лекарственного сырья. на то. Почему оздоравливающее действие пищевых продуктов со време* расти нем уменьшается? Уже с изобретением огня появилась обработка пи* отлич! щевых продуктов, и это способствовало от жи появлению в пище ряда ядовитых веществ образ (формальдегида, многих потенциальных С чем канцерогенов и др.). Потребности разви* Вс тия сельского хозяйства привели к попа* ния р Данию в пищу ядов, которые в наши дня сторо скапливаются в больших количествах на* вальн ряду со многими промышленными загряз* неба» нителями окружающей среды. На смен) вать < натуральным компонентам пищи пришли печен синтетические вещества: консерванты, С дру красители, антиокислители, сгустители, вижнь стабилизаторы, нейтрализаторы и многив ствен! другие. Масштабы их использования всв ны бь растут. В числе пищевых добавок появи* живот лись синтетические заменители необходи* эколо мых человеку пищевых веществ. В настоящее время довольно труднс секом дать какую-либо характеристику целебных свойств продуктов питания биоло как это было возможно в древности. польз* В то же время несомненно, что успехи научного знания могут обес* ствам печить синтез биологически активных добавок к пище, обладающих i насею лечебно-профилактическим действием. бакте| Че ЧЕМ ОБУСЛОВЛЕНО ЦЕЛЕБНОЕ ДЕЙСТВИЕ ЛЕКАРСТВЕННЫХ РАСГ^ расте НИЙ? В древности не было резкого деления природных продуктов w расти пищевые и лекарственные (рис. 81). ^ат м Дикорастущие растения употребляли и в пищу, и в качестве лекар ственных средств не только в восточных странах, но и в северных ре приме гионах. Вместе с тем путешественник и исследователь Клар Меер f ^ена было к. Меер писал об употреблении чая: «О безрассудная предприимчивость! Неужели не можно сыскать у нас растений, сему подобных... у нас везде в лесах, полях и лугах растут дикие растения, не только своими свойствами подходящие к оному чаю, но и пользу гораздо превосходную имеющие». В своей книге автор приводит описания вероники, шалфея, земляники, черники, малины, винограда, ивы и многих других растений. Он описывает настои листьев и цветов, «производящих в желудке целебные действия» и т. п. Валериана Красавка Женьшень Рис. 81. Лекарственные растения Арника Горицвет Ландыш карст’ цилов В получ ных г из ни тин, < пин, > расте ствен! В ко пр масла \ § 62. Принципы использования лекарственных веществ своей книге о чае, вышедшей в Санкт-Петербурге в 1787 г, сетует ка то, что в России недооценивают |йстительные богатства. Растения (лличаются от бактерий и особенно от животных поразительным многообразием синтетических процессов. С чем это связано? Вспомним условия существования растений в природе. С одной стороны, солнечная энергия в буквальном смысле «льется на них с неба», и растения могут использовать ее для энергетического обеспечения самых сложных синтезов. С другой стороны, растения неподвижны. Как выжить в условиях есте- |»енного отбора? У растений множество врагов в природе. Они должны быть защищены от вирусов, бактерий, насекомых и их личинок, от цветных и даже от других растений, конкурирующих с ними за свою 9шпогическую нишу. В то же время растения должны приманивать насекомых для опыления. Для этих целей существует большой арсенал биологически активных веществ. К их числу относятся вещества, используемые человеком, вещества и с ядовитыми, и с целебными свойствами. Например, обладающие инсектицидными (воздействующими на #секомых) свойствами; фунгицидными (воздействующими на грибы); |^^рицидными (воздействующими на бактерий) и др. Чему учатся химики-синтетики у © В традиционной медицине восточных стран большинство лекарственных растений составляли те же растения, которые использовались и в пищу. Описание разнообразных базаров тех времен позволяет судить о том, что в пищу употребляли многие десятки видов фруктов, овощей, приправ, пряностей. в том числе огромное разнообразие дикорастущих растений. Со временем их число все уменьшалось, но еще долго сохраняло свое значение. Пищевые добавки, разумеется, были только природного происхождения. Хлеб выпекался со спе- овсяную кашу обильно сдабривали укропом и мятой уже более 3000 лет тому назад, еще раньше использовали лук. чеснок и перец. растений? Природные молекулы растительного происхождения служат моделями для синтеза полезных для человека соединений. Так, например. салициловая кислота выде-мна из коры ивы. На ее основе было создано такое популярное лекарство, как аспирин (ацетилсали-циювая кислота). В настоящее время из растений аояучают более трети лекарствен-■я« препаратов. Структура многих из них настолько сложна (винблас-тин, сердечные гликозиды, резер- ШЛОИПрТШТ и Т| П )| НТО (истения еще долго будут их единственным источником. в современной медицине широко применяют жирные кислоты и иасла. а также полисахариды расти- Таким образом, многообразие биологически активных w.^mecT6, продуцируемых растениями. является результатом биохимической адаптации к выживанию растений в биоценозах. В настоящее время насчитывают более 10 тыс. алкалоидов! Наиболее известные: папаверин, регулирующий кровяное давление; кодеин, подавляющий кашлевой центр; морфин, обладающий болеутоляющим и противошоковым действием. Алкалоиды, выделяемые из корней и листьев красавки (белладонны), обладают способностью к снятию спазмов ТП5Д^ДЦЧ(уекула1У^У. HpjimtJUl (Uul:ujiu». Дуплш;- гин, беллатаминал) используют для лечения заболеваний желудочно-кишечного тракта. Винбластин и еинкристин, выделяемые из растения барвинок розовый, используют для борьбы с раком и т. д. 46 ЕСтеСТВЕННЫЕ НАУКИ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА тельного происхождения. Например, касторовое масло из семян клещевины. масло облепихи, обладающие ранозаживляющим действием. ^ и др. Большинство лекарственных растении используется для получе* ^ g ния алкалоидов — веществ, обладающих высокой фармакологической да1ощи активностью. врача i Алкалоиды используют не только в медицине, но и в генетике. Счи- нием. тается, что к настоящему времени обследовано не более 15% всавпервы Растения — это уникальные продуценты биологически активных веществ. Наряду с общими для всего живого биохимическими процессами они обладают специфическими и уникальными биохимическими превращениями. Человек использует лекарственные растения (настои, отвары) для лечения многих заболеваний, как сырье для производства лекарственных веществ и в — качестве моделей для новых технологий. обитающих на Земле видов растени(^ боли, к а их насчитывается не менее 250 тыс • Н видов. К сожалению, прогресс цивили-активнь зации на нашей планете носит техно* генный характер, а это HeMnnyeMcl^^*^ влечет за собой уничтожение дико*! * Д' растущей флоры. Безвозвратно исчв*^^^*^^-зают многие виды растений и вмест<5 * с ними присущие только им биологи-Г®*^^^ чески активные соединения, которьк могли бы принести большую польз)! медицине будущего. 'F ЧТО ДОЛ;г.:7// ЗНАТЬ КАЖДЫЙ ЧЕЛОВЕК ОБ ОБЩИХ ПРИНЦИПМ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЛЕКАРСТВЕННЫХ ВЕЩЕСТВ. Еще в древности люд!| знали, что многие лекарственные вещества растений ядовиты, v-действие их на организм человека зависит от дозы. Это означает, чл] лекарство само по себе еще не целебное средство. Надо знать как им пользоваться. Проблемы, связанные с культурой потребления лекарств, стали осо* бенно актуальными в наше время. Это обусловлено множеством меди цинских, социальных и психологических факторов. Современный чела век должен владеть определенными знаниями, актуальной информаци ей и иметь определенные убеждения для того, чтобы успешно пользе ваться достижениями современной фармакологии и медицины. Эл крайне актуально, так как сегодня существует огромное многообразн лекарственных средств, биологически активных пищевых добавок, . также различных средств поддержания устойчивости организма чело века к стрессам и утомлению, повышения его работоспособности. Мно гие из них нетрадиционны, выпускаются различными фирмами, имею разные названия, и число их непрерывно растет. Сведения о нк зачастую приходят из рекламы, а ведь реклама дает неполную, выбо рочную и часто недостоверную информацию. ОБРАЗ ЖИЗНИ Следует знать: • Только врач может правильно выбрать лекарственна средство, учитывая состояние и особенности организма больного, и указз^ условия его применения. ' • Недопустимо заниматься самолечением, использовать лекарства по се вету знакомых, сочетая различные (может быть, несовместимые!) лекарствен Е § 62. Принципы использования лекарственных веществ иые средства. Необходимо помнить об индивидуальной непереносимости Мкарств. • 6 ряде случаев можно приобретать лекарства без рецепта. (Людям, стра-Шющим хроническими заболеваниями, находящимся под наблюдением арача или продолжающим лечение; людям с простудой и легким недомоганием, если они используют данное противовоспалительное лекарство не первые, а также в случае небольших ушибов, порезов, ожогов, при головной бопи, кишечных инфекциях и др.) • Недопустимо злоупотреблять лекарственными и другими биологически «пвными препаратами (особенно обезболивающими, снотворными, успокаи-жхцими). вызывающими лекарственную зависимость и связанными с i7iy6o-ОШ расстройством обмена веществ. • Дозы и способы применения лекарств должны неукоснительно соблю-1рться. • Необходимо помнить, что абсолютно не влияющих на обмен веществ марств не существует. I Соберите сведения о культуре пользования лекарствами дополнительно к материалу параграфа и обсудите их в классе. Проанализируйте аннотации к нескольким лекарственным препаратам. Сравните их по содержанию. Какие сведения приводятся в них обязательно? Ь Привычкам и склонностям современного человека соответствует принцип «таблетки в кармане». Как вы думаете, что имеется в виду и с чем это связано? НЛМСИ и 3flOF43St£ ЧЕЛОВЕКА БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА, ПРОБЛЕМЫ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ «Все на свете может быть или ядом, или лекарством. Все зависит от дозы» — в метком высказывании Гиппократа со* держится вековая мудрость. Какая? Пользуйтесь, но не злоупотребляйте Ни воздержание, ни излишества н дают счастья. • Франсуа Вольтер Эмблема «Яд + лекарство». Лавка алте* каря. Итальянская миниатюра XV в. МЫСЛЬ и ОБРАЗ Осознать необходимость общебиологических знаний ^ принципов использования препаратов биологичес!? активных веществ. ПЛАН СЕМИНАРА 1. Биологически активные вещества в нашей жизни. 2. Лекарства как биологически активные вещества. 3. Витамины как биологически активные вещества. 4. Культура потребления лекарственных препаратов сохранения здоровья и в лечебных целях. I 1 Необходимые источники информации 1. Медицинская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1972. ^ 2. К о л е с о в Д. В. Основы гигиены и санитарии / Д. В. Колесог Р. Д. Маш. — М.: Просвещение. 1989. 1 3. С м и р н о в А. Т. Основы медицинских знаний и здорового обра} жизни / А. Т. Смирнов. — М.: Просвещение. 2006. 4. С м и р н о в А. В. Мир растений / А. В. Смирнов. — М.; Молодая гва(|1 дия, 1988. «I J [Г¥ $63. Биологически активные вещества, проблемы их использования Биологически активные вещества в нашей жизни. Биологически активные вещества можно разделить на две группы — эндогенные и экзогенные. Эндо-инные — вещества, которые входят в состав организма и принимают увстие в процессах обмена веществ. Это многие химические эле-иенты {натрий, калий, фосфор и др.), низкомолекулярные регуляторы (ошкоза, АТФ, адреналин и другие гормоны, ацетилхолин и т. д.) и вы-||вомолекулярные биополимеры (ДНК, РНК, белки). ^Экзогенные биологически активные вещества поступают в организм с пищей (в составе белков, липидов, углеводов, включая витамины), а также в виде лекарственных препаратов. Обсудите проблемные вопросы: • Какие компоненты пищевых белков, липидов и углеводов представляют собой биологически активные составляющие, эффективно ^|рйствующие на обмен веществ? • Что должен учитывать человек, использующий препараты биоло-I шчески активных веществ? • Почему природные растительные продукты предпочтительнее, чем ^^^етические препараты, содержащие соответствующие биологически ктивные вещества? Лекарства как биологически активные вещества. с чем связан бурный рост производства лекарственных препаратов в наше время? В чем заключается принципиальное отличие поиска лекарственных средств в наше время? Найдите сведения о масштабах создания новых современных |ркарственных средств. Сравните: в XVIII в. было создано только пять полезных лекарств (одно лекарство требовало для своего создания около 20 лет); в XIX в. появилось 20 новых эффективных средств. Какие биологические и медицинские аспекты могут привести к зВДпотреблению лекарствами? Что означают понятия «лекарство для айоровых», «допинги», «стимуляторы»? из \1МАДЛЯ ЖУЖДЕНИЯ 3 Витамины как биологически активные вещества. Обсудите причины, симптомы и методы устранения состояний гиповитаминозов и гипервитаминозов [врганизма человека. Какие факторы влияют на потребность организма в I каминах? Культура потребления лекарственных препаратов. Обсудите следующие вопросы: самонаблюдение или самолечение? Всегда ли нужен рецепт? Что на-асают «лекарственными болезнями»? Какие средства поддержания здоровья могут способствовать уменьшению потребности в лекарствах? Кужна ли реклама лекарственных препаратов? Что необходимо учишь при получении рекламной информации? Чему учат русские пословицы: «На болячку не молись, а лечись», болезнь — есть и лекарство», «Чеснок да лук от семи недуг», 40р красен, да для здоровья опасен», «Модная-модная — три дня [<>вкг голодная», «В пустых щах нету лукоеки, зато блестящие пуговки». 0 белки в живой клетке умеют делать практически все причем с необычайной легкостью и изяществом. Ф. Кри1 -- Что такое иммунитет*’ Как организм борется с проникшими в него виру* сами и бактериями? Какова специ-фико реакций орождоиюго и приоб ретенного иммунитета? С какими механизмами связана невосприимчивость к повторным инфекциям? Почему развивается аллергия? Ключевые врожденный и приобретенный иммуните слова , Антигены • Антитела (иммуноглобулины • Тимус • Красный костный мозг • Т- и В-лимфоциты Иммунный ответ • Лечебная сыворотка • Вакцина Аллергия 222И Биология, человек, 8 кл.; Естествознз' \т*штт ние, 10 кл., § 30-33. L ПОНЯТИЕ ОБ ИММУНИТЕТЕ Иммунология — наука о защитных реак * F циях организма, наука об иммунитете. ^ Под иммунитетом подразумевают устойчивость организма к ин ^ фекционным агентам и чужеродным веществам (их называют антиге . нами), его способность защищать свою целостность и биологическу* п индивидуальность. Иммунитет проявляется в системе защитных peai ций организма, которые можно разделять на реакции врожденного приобретенного иммунитета. Только действуя совместно, они способны Годом рождения иммунологии считают 1880-й, когда французский ученый Луи Пастер провел первые опыты с возбудителем куриной холеры. Он установил, что прививка птицам ослабленного или убитого возбудителя полностью защищала их в дальнейшем от живого микроорганизма. Именно это наблюдение и дало название всему явлению невос-мриимчивос1и организма к болезни, образовавшейся в результате предварительной встречи с ослабленным или убитым возбудителем, — явлению иммунитета. Огромный вклад в становление иммунологии как науки внесли лауреаты Нобелевской премии (1908) Илья Ильич Мечников, обосновавший роль фагоцитирующих клеток в защитных реакциях, и Пауль Эрлих, доказавший огромную роль молекул антител в формировании иммунитета. ны обеспечить эффективную защини: ту внутренней среды организма его слизистых и кожных покровоет. от вирусов и бактерий. Peaкцибo^ врожденного иммунитета об)ле> словлены генетически и протека1Свр( одинаково в отношении всех микр(вм< организмов, вторгающихся во внуоб( реннюю среду. Реакции приобрсрет темного иммунитета направлен против конкретного возбудителсис Они требуют созревания основн^сод клеток, вовлеченных в иммунньган реакции, — лимфоцитов. Лимф циты уничтожают клетки, в котор^раз проник вирус, и вырабатывавотс антитела (иммуноглобулины), кчес правленные против бактерий. Rpncai I § 64. Защитные механизмы организма человека обретенный иммунитет обеспечивает также уничтожение опухолевых клеток и регулирует восстановление поврежденных тканей. И врожденный, и приобретенный иммунитет опирается на клеток-те и гуморальные (т. е. молекулярные, передающиеся через жид* кость) механизмы (табл.). Основные механизмы врожденного и приобретенного иммунитета Механизмы Факторы врожденного иммунитета Факторы приобретенного иммунитета || Гуморальные L Лизоцим (фермент, разрушающий клеточную стенку бактерий) Собственные антитела (иммуноглобулины), синтезируемые лимфоцитами Клеточные Большинство лейкоцитов крови (нейтрофилы, моноциты, эозинофилы. базофи.1ы). а также фагоциты других органов и тканей Лимфоциты крови и органов иммунной системы (лимфатических узлов, селезенки, небных миндалин и др.) Иимунитет — это универсальное свойство человека и животных, благодаря которому их организм может распознавать чужеродные молекулы клетки (антигены) и защищаться от них а ходе клеточных и гуморальных реакций. Врожденный шмунитет проявляется в серии стандартных защитных реакций в ответ на проникновение любого чужеродного объекта. Приобретенный иммунитет формируется после рождения и направлен на уничтожение конкретного возбудителя. ШЦИИ ВРОЖДЕННОГО и ПРИОБРЕТЕННОГО ИММУНИТЕТА Типичным примером реакции врожденного иммунитета является ответ организма на любое повреждение кожных покровов, например на занозу. Почти сразу в месте проникновения занозы кожа краснее* и опуха-п К этому вскоре добавляется местное повышение температуры и боль. Покраснение поврежденного участка и его отек связаны с накоплением около занозы лейкоцитов крови, осуществляющих реакции itI врожденного иммунитета. Главным способом уничтожения попавших )-1 вместе с занозой микроорганизмов становится фагоцитоз, который г * обеспечивает их уничтожение, а также сигнализирует клеткам приобретенного иммунитета о проникновении патогена. Реакции приобретенного иммунитета осуществляются иммунной системой. При этом в центральных органах иммунной системы проис-хщит размножение и «обучение» новых клеток, а в периферических органах иммунной системы происходит развитие иммунного ответа, к центральным органам иммунной оио1емы ожоояюя тимус (гам яе||)йзвиваются Т-лимфоциты) и красный костный мозг (там развивается В-лимфоциты). к периферическим органам относятся лимфатические узлы, некоторые участки селезенки, скопления лимфоидной ткани по ходу кишечника, дыхательных и мочеполовых путей, а также ы я. А% .le о* 01 а- |И- ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА кожи. Таких скоплений в организме человека насчитывается не менее 2000, что обеспечивает постоянный и широкий контроль за появлениеу в организме чужеродных клеток и макромолекул, а также мутантных клеток. Эти периферические органы иммунной системы играют роль фильтров, 8 которых проходят очистку от проникших антигенов разные биологические жидкости. Так, лимфа очищается в лимфатических узлах Д) (а нс и Реакции врожденного иммунитета обеспе* чивают первый эшелон обороны организма от чужеродных объектов, при этом главным способом их уничтожения является фагоци* тоз. Реакции приобретенного иммунитета обеспечиваются Т- и В-лимфоцитами. Они уничтсжают клетки, в которые проник возбудитель заболевания, и вырабатывают антитела, направленные против него. В ноашй гт^гфвдь Ш' кровь — в селезенке, а скопление Т- и В-ЛИМфОЦИТ08 по ходу ПОКрО- Qf. ВОВ и слизистых оболочек призва-ны уничтожать бактерии и вирусь еще до их 11роникнивенин во вну|-реннюю Среду организма. После проникновения бакте рии или вируса в организм разви вается иммунный ответ. В реэуль тате Т-лимфоциты уничтожаюс клетки, в которые проник вирус — помогают В-лимфоцитам i ^ или I запуске синтеза молекул антител (иммуноглобулинов), направленны главным образом против бактерий. Следовательно, Т-лимфоциты регу лируют все реакции приобретенного иммунитета. После иммунного ответа, завершающегося уничтожением всех ин фицированных вирусом клеток или проникших бактерий, в организм остаются антитела и особые лимфоциты, так называемые клетки имму нологической памяти. При повторной встрече с антигеном они обеспе чивают ускоренный иммунный ответ и невосприимчивость к повторно му инфицированию. На этом же явлении основано предохранение от инфекционны заболеваний с помощью прививок, когда в организм вводят вакцин) содержащую убитых или ослабленных возбудителей. Такие возбудите ли. неспособные вызвать заболевание, тем не менее провоцирую иммунный ответ (синтез специфических антител и клеток иммуноло; гическои памяти). Благодаря этому при контакте с активной формо данного возбудителя обеспечивается его быстрая нейтрализация. Иногда предварительная прививка по тем или иным причинам невов| можна, и незащищенный человек может быть инфицирован возбудителе! опасного забо.левания. В этом случае для спасения жизни человеку дят лечебную сыворотку. Она представляет собой выделенные и оч щенные антитела, полученные из крови животных (лошадей, коров и д), напр>авленные против возбудителя заболевания или опасного для жи> человека вещества (например, змеиного яда). Готовые антитела нe^/e;l ленно связываются с бактерией, вирусом или опасными веществам инактивируют их и способствуют быстрому уничтожению и выведению» организма. я ю TJ в Р в 0| а АЛЛЕРГИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ. Одним из наиболее распространенных к рушений работы иммунной системы является развитие аллергичесю реакций. Аллергия — это повышенная чувствительность организме I § 64. Защитные механизмы организма человека чужеродным молекулам и клеткам, не несущим какой-либо опасности для организма. Аллергия всегда связана с определенными веществами {шергенами), которые организм воспринимает как антигены, поэтому неправильно говорить об аллергии на холод, тепло, изменение погоды и другие физические факторы. Очень часто аллергенами являются DiepCTb домашних животных, домашняя пыль, пыльца растений, многие пищевые продукты (цитрусовые, куриное яйцо, рыба, мед, шоколад, ананас и др.), компоненты бытовой химии, косметики и парфюмерии, «которые лекарственные препараты. Признаками аллергических реакций, как правило, становятся обильные слизистые ведения из носа, слезотечение, кашель и затруднение дыхания, нарушение пищеварения, кожные реакции. Очевидно, что многие симптомы аллергии очень похожи на ранние признаки инфекционных заболеваний, поэтому окончательное заключение о наличии у человека аллергии на то или иное вещество может дать только врач. Невосприимчивость организма к повторному инфицированию вирусами и бактериями обеспечивается благодаря ускоренной иммунной реакции на проникновение 1,р1кретного возбудителя, осуществляемой клетками иммунологической памяти, а также выработанными при первичной инфекции антителами (иммуноглобулинами). Вакцина представляет собой препарат, содержащий ослабленный или убитый мик-доорганиэм, лечебная сыворотка ~ это препарат антител животных, выработанных в ответ на конкретного возбудителя. Аллергия — это повышенная чувствительность организма к обычно безвредным чужеродным молекулам и клеткам. Возникновение аллергии связано с нарушениями в работе иммунной системы. 53 к- i К U' Г I" j’“. IX у-1 3-1 эт I э-|' )Й^ I »3-| эм| ю-| э.). )НИ ЗД-1 из > Что такое иммунитет? > Каковы механизмы врожденного и приобретенного иммунитета? > Какова роль антител, Т- и В-лимфоцитов в реакциях приобретенного иммунитета? > В чем состоит отличие вакцины от лечебной сыворотки? > Что такое аллергия и с чем связано развитие аллергических реакций? на-жих! la к' к ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА ЗАБОЛЕВАНИЯ ЧЕЛОВЕКА, ВЫЗЫВАЕМЫЕ МИКРООРГАНИЗМАМИ И с и > гл^ [ Вы Урок-лекция OPf. Есть болезнь — есть и лекарство рес Русская народная пословиш Ключевые слова нис - ти В чем заключаются специфические особенности заболеваний человека, вызываемых микроорганизмами? Как проводится рациональное лечение инфекционных болезней? Микроорганизмы • Микоплазмы Патоген «др ность • Бактериофаги • Инфекционность Носительство вир Естествознание. 11 кл., § 13. Сквозь волшебный прибор Левенгука ген чел -ЭТИ юте — это собирательно(бол поверхности капли воды Обнаружила наша наука Удивительной жизни следы. ^ ^ ^ Николай Заболоцкий Как вы думаете, имеются ли среди этой i*v- i «удивительной жизни» организмы — друзья человека? мысль и ОБРАЗ Современные методы микробиологии и иммунологии очень сложны и многообразны. Они позволяют проводить исследования в гармоничном сочетании разных подходов: популяционного, клеточного, субклеточного и молекулярно-генетического. В то же время, как и любую другую болезнь, эти заболевания рассматривают как общую сложную реакцию, возникающую в результате нарушения взаимоотношения организма и среды. Микроорганизмы наименование большой группы организмов, мфо^; видимых невооруженным глазом. К ним относящи( бактерии, микоплазмы, актиномицеты, дрожжи в п другие микроскопические грибы, простейшиино i одноклеточные водоросли. Раньше к ним относими ли также вирусы. Позже возникла самостоятельдру) ная область научного знания — вирусология. ( Изучением микроорганизмов занимаютс^вен! микробиология, иммунология и многие другивых отрасли биологических и медицинских наук. Нап Микроорганизмы составляют целый мир Ж1<мы вых существ, который отличается огромньяант1' разнообразием структурной и функционально ( организации, являясь при этом биохимичесюван! очень активными, широко распространенными мам природе. Как вы знаете, в биосфере не сущеачи ( вует «безжизненных» мест. В. И. Вернадскивекс обозначил это свойство биосферы как «всюдэти ность жизни». Микроорганизмы живут в почв%1нф воде, грунте водоемов, на поверхности земнозарг коры, на живых организмах и в их внутренне р среде. Об организме человека можно сказалнии что он «купается в море бактерий». Не являюсощ ся препятствием для заселения бактериями всвческ поверхности Земли и климатические услови^ия, Бактерии живут и в полярных льдах, и в жарких пустынях. Их биогеох1ние) мическая активность проявляется во множестве процессов, формиру«ной щих почву, минералы, в едином биогеохимическом круговороте вещесцем! г §65. Заболевания человека» вызываемые микроорганизмами и энергии. Болезнетворные микроорганизмы {патогенные для человека и животных) составляют ничтожное меньшинство. Микроорганизмы не представляют единой группы, они возникли и развивались разными эволюционными путями, не случайно они имеют глубокие различия на молекулярно'генетическом уровне организации. Выделяя группу патогенных микроорганизмов, их классифицируют с определенными практическими, медицинскими целями (возбудители респираторных заболеваний, кишечных и т. п.). В то же время первоисточником всех знаний для врача-инфекцио-листа служат сведения о биологической и экологической характерис-лике микроорганизма, об его ареале, экологической нише, природных ^врузьях». «врагах», конкурентах, а они имеются у всего живого, в том числе и у микроорганизмов (например, болезни бактерий вызывают ■фусы-бактериофаги). Самостоятельное значение имеет знание особенностей той антропогенной природно-социальной среды, в которой проживает современный человек с окружающими его организмами. Для ряда микроорганизмов зги изменения природной среды является несовместимыми с жизнью, но 0оАьшинство адаптируются к ним, формируют и изменяют соответствующие сообщества микроорганизмов. 6 практической медицине врач обычно имеет дело именно со смешанными инфекциями сопутствующих друг другу микроорганизмов. Однако способы лечения существенно зависят от специфических видовых особенностей микроорганизмов. Например, патогенные микроорганизмы михоплазмы нечувствительны к шибиотикам. Основной общий признак заболеваний. вызываемых микроорганиз-‘ '| нами, — это возможность их переда-41 от зараженного организма (чело-^ века, животного, птицы) здоровому. Зги заболевания получили названия шфекционные (от лат. infectio — ^ :заражение) (рис. 82). ^ 'Решающую роль в распростране-*> НИИ инфекционных болезней играют * Цииэльно-бытовые факторы (экономи-й! «жий и культурный уровень населе-’ «м, жилищные условия, труд, пита-^ие). Эти факторы могут быть причи-•сй появления вспышек или даже эпи-'в| двмий инфекционных заболеваний. 0 Интересно отметить, что микоплазмы в систе-матике микроорганизмов занимают особое мес-то. Многие морфологические и физиологичес-'§ кие признаки микоплазм сближают их с некото- :вп рыми бактериями. Вместе с тем они. в отличие i‘,-i от бактерий, не имеют плотной клеточной стен-i”* ки. не образуют спор, проходят через бактери-альные фильтры подобно вирусам. Микоплазмы являются внутриклеточными паразитами, но, в № отличие от вирусов, они способны реплициро-^ ваться в бесклеточной среде. ^ Обнаруживаются микоплазмы при многих очень |У1 тяжелых заболеваниях, отличающихся высокой М инфекционностью. Прежде всего это возбуди-iiiS тели респираторных заболеваний — пневмонии, 4 бронхопневмонии и др. Не случайно в донаучный период развития медицины эпидемии вызывали массовую гибель людей. Поэтому инфекционные болезни называли «повальные», «мор», «моровая язва», а из-за р* быстрого распространения инфекции — «повет-рие». Сегодня такие болезни, как чума, оспа, корь, ^ скарлатина и др., не представляют собой непо-^ средственной угрозы человечеству благодаря вакцинации, прививкам, знанию их причин и способов лечения. Заболевания, вызываемые микроорганизмаминаг Дизентерия ИН( вы, Ангина Холера Ш Т' I [ОТВ Сибирская язва пич Ч Полиомиелит Клещевой энцефалит Гепатиты вирусные Ботулизм Тиф брюшной Рис. 82. Микроорганизмы — возбудители некоторых заболеваний ш и е Длительность выздоровления завизит от состояния организма больного, тяжести перенесенного заболевания и от условий, в которых находится выздоравливающий. Многие тяжелые заболевания могут вызвать осложне-ния (грипп, оспа, тиф, дифтерия После перенесенной инфекщ1 ОСОБЕННОСТИ ИНФЕКЦИОН1. -ЗАБОЛЕВАНИИ Инфекционное заб^в' левание — это болезнь, которая вызвана и поддерживается прису^ Н стоисм о организме живого повреждающего чужеродного аген^н (возбудителя). Возбудителями инфекционных заболеваний могут бы*"^ вирусы, бактерии, микоплазмы, простейшие и На воздействие возбудителя организм отвен< защитными реакциями. Инфекционные эабо; ния часто проявляются воспалительными npOi сами и повышением температуры. 6 каждом кретном случае взаимоотношения между эт» двумя звеньями процесса — возбудителем и ганизмом — могут быть различными. Они зав сят от периода, фазы или этапа развития инфв имеет различную по степени развития и продолжительности невосприимчив вость (иммунитет) к возбудителю дан> ного заболевания. инфекционных заболеваниях п пов закономерного развития. Вначале — момв заражения, затем — скрытый (инкубационны период, появление общего недомогания, пера I § 65. Заболевания человека, вызываемые микроорганизмами физнаков болезни, появление специфических признаков данной болез> ни, разгар болезни с проявлением всех характерных симптомов, период угасания болезни. И наконец, период выздорювления. -^ЦИОНАЛЬНОЕ ЛЕЧЕНИЕ ИНФЕКЦИОННЫХ БОЛЕЗНЕЙ Основное направление лечения состоит в воздействии на ведущее звено в шфекционном процессе, т. е. на возбудителя, и на нейтрализацию выделяемых им токсинов (химиопрепараты, антибиотики и др.). Наряду со специфическими методами лечения применяют симптоматическое лечение. Оно направлено на устранение нарушений (пдельных функций в результате патологического процесса. Это жаро-вошжающие и сердечно-сосудистые, лекарственные препараты, а также витамины. При лечении и уходе за больными необходимо строго соблюдать со-опетствующий режим текущей и заключительной дезинфекции, проводить вакцинацию ухаживающих за больными. Большое значение имеет мчная гигиена больного, тщательный уход, рациональное питание и др. <5) Заболевания, вызываемые вирусами и микроорганизмами, являются инфекционны-к. Взаимодействие возбудителя с организмом носит характер закономерно проте-оющего патологического процесса. Лечение направляют как на ведущее звено (возбудителя), так и на физиологическое состояние организма. Решающую роль в распространении инфекционных заболеваний играют социально-бытовые условия и общая культура человека. Необходимо помнить: • Источником инфекции могут быть не только больные, но ||£мэдоравливающие. (При таких тяжелых заболеваниях, как дифтерия, ки-о-:,{ ценные инфекции и т. п., инфекция сохраняется в течение нескольких недель.) гг- I • Человек может быть носителем инфекции без видимых признаков заболе-та| мния. Такое носительство может быть хроническим или кратковременным. 1ТЫ > Соберите сведения и составьте выписку-памятку о правилах личной гигиены в период эпидемии гриппа. ► Объясните, почему сведения о перенесенных человеком инфекционных заболеваниях — очень ценная информация для врача. вы: . ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА ПАРАЗИТЫ И ПАРАЗИТАРНЫЕ БОЛЕЗНИ Ьа ми ;в( т па Урок-лекция у человечества есть три основных врага: радка. голод и война; из них, несомненно. eew'Of чайший и самый страшный — это лихорадка. е. Осл?^ Dpf Ключевые слова Симбиоз • Комменсализм • Паразитизм Ьe^ Какие формы сожительства разноименных организмов встречаются в природе? Как происходит заражение паразитами? Чем опасны клещи и кровососущие насекомые? Мутуализм • Паразитические протисты черви • Широкий лентец • Аскарида • Острица • Трия"*^^ монада • Амебная дизентерия • Трихомоноз • Малярия*^®^ Описторхоз • Энцефалит <03 та Из старого портфеля Простейшие. Плоские черви. Круглые*^*^ черви (Биология, 7 кл.; Естествознанив,*^^^ 10 кл.. § 79). отс -••ИЯ <от ФОРМЫ СОЖИТЕЛЬСТВА ОРГАНИЗМОВ РАЗНЫХ ВИДОВ. Под сик^^и биозом понимается любая форма сожительства двух организмоф0^ относящихся к разным видам. Основные типы симбиоза ^ это комме^0^ садизм, паразитизм и мутуализм. При комменсализме связь между партнерами не очень глубока Они могут жить и сами по себе. Например, мелкие тропические рыбь^у губаны могут поедать паразитов, прикрепляющихся к поверхности д ла крупных хищных рыб. ди( Паразит не может существовать без своего хозяина. B3anMOOTHounj30 ния паразита и хозяина носят антагонистический характер — хозя>^оп старается препятствовать развитию в нем паразита (избежать зар^р^ жения, убить или обезвредить проникшего паразита в ходе иммунн^^ц^ реакций), а паразит вырабатывает приспособления к успешному жению хозяина. viok Мутуализм — это взаимовыгодное сосуществование двух орган»^з| мов. Пример — микориза (система гриба и дерева). ^ Паразитический образ жизни ведут около 20% живых существ, exj^pyj дящих в состав биосферы. В природе трудно найти свободно живущ^у^ организм, который был бы полностью лишен паразитов. Они возд%цз ствуют на жизнедеятельность своих хозяев, могут изменять их мальное поведение. репродукщг|р^,, ~ Z ■ и устойчивость к неблагоприя,4а i Симбиоз широко распространен в природе. . ча j к к к г- к факторам среды. OK33biBi,wn Его основными типами являются комменса- 'г- г- г- цур существенное влияние на числбило, и мутуализм, котооые .. ность популяции своих хозяев, а | конечном итоге и на структуру экосистем. ,6oj лизм, паразитизм и мутуализм, которые различаются характером взаимоотношений между сосуществующими партнерами. В новый портфель ■л t-ч > "4 г § 66. Паразиты и паразитарные болезни '10ЛЕВАНИЯ. ВЫЗЫВАЕМЫЕ ПАРАЗИТАМИ От паразитов страдают ,|ц1лиокы людей. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), число больных малярией на земном шаре составляет более 300 млн человек, а аскариды паразитируют примерно у 1,5 млрд людей. Паразиты могут вызывать тяжелые расстройства деятельности кишеч-тг и других систем органов, приводить к анемии, авитаминозу, воражению органов и тканей, стать причиной прочих заболеваний,, которые зачастую с трудом поддаются диагностике и лечению. В то же 96МЯ некоторые элементарные знания о путях попадания паразитов в Организм могут значительно снизить риск заражения ими. I Как паразиты попадают в организм человека? Зависит это от осо-[йнностей жизненного цикла того или иного паразита. Для многих из них характерно наличие расселительной стадии во внешней среде, которая и обеспечивает распространение паразитов и заражение новых пэяев. Для дизентерийной амебы, например, такой расселительной стадией является циста, которая представляет собой амебу, окруженную плотной защитной оболочкой. При попадании в пищеварительный 1ракт человека амебы выходят из цист, питаются, растут и размножается При этом они могут изъязвлять кишечник, приводя к кровотече-жям и воспалению. Развивается заболевание амебная дизентерия, второе может сопровождаться тяжелыми осложнениями. В просвете ■юечника формируются цисты, которые выводятся из организма с фаалиями и при несоблюдении правил личной гигиены, при употреб-«кии пищи, приготовленной в антисанитарных условиях и, т. п. промоют в организм человека. Для круглых червей {нематоды) аскарид расселительной стадией «ужат яйца. Способ их проникновения в организм человека тот же, что и для дизентерийной амебы, да и обстоятельства, тому способствую-1иие. те же. В кишечнике из яйца вылупляется личинка, которая пробо-его стенку, проникает в кровеносные сосуды и вместе с кровью «опадает в легкие. Здесь личинки некоторое время растут, питаясь 51Троцитами. При этом у человека появляются симптомы бронхита — сашель с выделением мокроты. В этой мокроте содержатся личинки [ОСхарид. которые при откашливании могут быть проглочены вместе с иокротой и попасть в кишечник. Здесь личинки развиваются в поло-)«рзрелых червей, продуцирующих яйца. [подругой, чрезвычайно широко распространенный представитель Щрых червей — острица — паразитирует преимущественно у детей. Эти мелкие черви (0,5—1 см длиной) живут в кишечнике и могут 1^вать его воспаление — заболевание энтеробиоз. Самки остриц Вползают из заднепроходного отверстия и откладывают яйца на коже. При этом возникает зуд. и при почесывании яйца остриц оказываются на руках и под ногтями. Оттуда они могут попасть в пищу, или, при Д)1рной привычке грызть ногти, прямо в рот. Таким путем происходит ноеое заражение. Все перечисленные выше паразитарные заболевания, как и многие иругие. о которых не было упомянуто, можно отнести к категории |<опезни грязных рук». 60 ЕСТЕСЖННЫЕ НАУКИ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА Исключительно половым путем передаются от человека к человеку трихомонады ~ жгутиконосцы, которые паразитируют в половых путях и в мочевыводящей системе как у мужчин, так и у женщин. Развитие трихомонад приводит к заболеванию трихомоноз, проявляющемуся в воспалении в местах паразитирования. Трихомонады способны существовать только 8 организме человека, поэтому заразиться ими при купании, в бане или в бассейне невозможно. Нелепы и бытующие в популярной литературе утверждения, что трихомоноз может приводить к раку. Это паразитарное заболевание быстро излечивается средствами современной медицины. Иной способ заражения харакп'^'^' рен для паразитов, жизненный ци/^^ которых проходит с участием нг от скольких животных-хозяев. ТакоР*^^ например, жизненный цикл рокого лентеца. Яйца паразиР®^ вместе с нечистотами попадают сят нал водоемы, где из них выходят ми^ роскопические личинки. Они загл**У^ тываются мелкими рачками, в ко/^® рых развивается первая паразит?®^ ческая личинка. Если зараженнь^®^ личинками широкого лентеца рач^®^ будут съедены хищными рыба^*^®*^ (окунь, ерш, налим, щука и др.), ные в них разовьется вторая паразитическая личинка, которая при попал НИИ в организм человека даст начало половозрелому червю. ПоследнРУ® паразитирует в кишечнике и относится к числу наиболее крупных nap^P*" зитов, его длина в среднем составляет около 10 м. Заболевание сопр^Р^^ вождается авитаминозом, поскольку черви интенсивно потребляют с^®Р держащийся в пище витамин В^2- Заражение человека широким лент'**^'^' цом происходит при питании недостаточно термически обработаннг * (слабо проваренной или прожаренной), слабосоленой и вяленой рыбь^^®*^ Вместе с недостаточно термически обработанным мясом крупнот^®” рогатого скота и свинины в организм человека могут попасть личич' :ы. (так называемые финны) бычьего и свиного цепней. Это крупные тоды, длина которых составляет 4—10 м. Они паразитируют в кишечн”*®*^ ке человека и вызывают серьезные нарушения в его функционировану^Р*^ Яйца вместе с фекалиями выводятся наружу и, особенно в условий®® сельской местности, разносятся вместе с нечистотами и могут попас^*^®' в корм скоту. В кишечнике животных из яйца вылупляется личинка, к торая проникает в кровеносную систему, разносится токами крови всему телу и оседает в мышцах. Именно из этих личинок и выра< взрослый червь при попадании в кишечный тракт человека. _____________________________ Заражение трематодой кошач Паразитические протисты и черви могут ей двуусткой {Opistorchis felim вызывать опасные заболевания. Снизить происходит при употреблении риск заражения ими можно при соблюде- достаточно обработанной pt НИИ личной гигиены и употреблении пра- В частности, широкому распрос ВИЛЬНО приготовленной пищи. ранению заболевания в Сибк способствует употребление в п» строганины — мелко нарезанной замороженной рыбы. Личинки пг зита в рыбе сохраняют жизнеспособность даже при длительном п|няю мораживании. У человека кошачья двуустка паразитирует в желчннию протоках и протоках поджелудочной железы, вызывая опасное забоем вание — описторхоз. Эти болезни относятся к группе зaбoлeвaн&л^ связанных с нечистоплотностью и употреблением неправильно npv товленной или сырой пищи. § 66. Паразиты и паразитарные болезни гпИСТОНОГИЕ ПАРАЗИТЫ ЧЕЛОВЕКА И ПЕРЕНОСИМЫЕ ИМИ ЗАБО-'~дАНИЯ среди членистоногих много паразитов человека — это чесоточный зудень (вызывает чесотку), вши (вызывают педикулез и фти-риоз), блохи, клопы и др. Помимо непосредственного вреда, который они наносят пребывая на хозяине, кровососущие насекомые и клещи вереносят возбудителей опасных заболеваний человека. Вши переносят бактерий — возбудителей сыпного и возвратного тифа, блохи пе-•ально известны как распространители возбудителя чумы — бактерии чумной палочки. Помимо этого, имеется большая группа кровососущих пещей и насекомых, которые могут переносить возбудителей опасных аболеваний. Например, возбудитель малярии ~ малярийный плазмодий передается комарами рода Anopheles. Борьба с малярийными «марами успешно велась в нашей стране, что привело к почти полной ликвидации заболевания к 60-м гг. XX в. В настоящее время случаи заболевания малярией на территории России в основном «завозные*. т. е. заражаются возбудителем люди, побывавшие в тропиках и субтропиках, где малярия широко распространена. Плазмодий, попав в организм человека, активно размножается, поражает и разрушает оритроциты, что в конечном итоге приводит к лихорадке (о ней и го-крится в эпиграфе!), прогрессирующему малокровию и может окончиться летально. Кровососущие клещи — разносчики вирусных и бактериальных инфекций. Например, энцефалит — тяжелое заболевание с поражением ||Внтральной нервной системы вызывают переносимые клещами вирусы. ■Получить» вирус энцефалита можно не только при непосредственном укусе клеща рода Ixodes, но и при употреблении сырого молока юз и коров, на которых ранее пита-мсь зараженные вирусами клещи. Кровососущие насекомые и клещи переносят возбудителей опасных заболеваний. После укуса клеща необходимо обратиться к врачу. В новый > Какие выделяют формы симбиоза? Укажите, чем они различаются. > Каковы пути заражения паразитами? > Почему для предотвращения заражения паразитами важно соблюдение правил личной гигиены? > Почему опасен укус клеща? Если еы обнаружите на себе присосавшегося клеща, то не пытайтесь выдернуть его из кожи. При этом почти навер-оторвется снабженный шипами хоботок клеща, что приведет к нагное-[ранки. Приложите к клещу вату, смоченную растительным маслом, и клещ 'открепится от кожи (растительное масло препятствует дыханию клеща), в районе, где вы живете, были случаи энцефалита, то обязательно гесь к врачу, который введет вам противоэнцефалитную вакцину. t».' урок-лекция ЫЕ НАУКИ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА ВИРУСЫ и их ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ЧЕЛОВЕКА Вирусология по праву стала теперь одной из основных биологических НЭ| С. Лур Ключевые слова Вакцинация > Мониторинг нуь КЛ€ де» Метаболизм, реплицирование. капси,^у(-(Естествознание, 10 кл., § 33). pQj Эт( В природе широко распространены вирусн1^<зг болезни людей, животных (млекопитающих, птиньс рыб. насекомых и др.). растений, простейших и д же бактерий. Они сопутствуют всему живому. все живое, вирусы эволюционируют, имеют свсВИ экологическую нишу и выполняют свою биocфrf^и^ ную роль. зза Кристофер Симс. Компьютерная графика Чем сходны механизмы воздействия вирусов гриппа, СПИДа и т. п. с механизмом воздействия компью* терного вируса? Какие вирусные болезни человека наибол^ир опасны? Как вирусологи решают задачу борьбы^э вирусными заболеваниями? зир Большое число болезней человека, вызываемрпр вирусами (рис. 83). требует применения защиты них (вакцинации), мониторинга (отслеживан1рос контроля) распространения вирусных инфекц|^1Ь1. изыскания новых путей профилактики и совершеПиг ствования методов лечения. Наиболее распрос раненные вирусные инфекции, издавна сопутству! щие человеку, это: натуральная оспа, ветряная осгРУл корь, герпес, грипп, краснуха, паротит (свинй полиомиелит, гепатит вирусный, энцефалит и др.|^эд Первоначально вирусология развивалась в ра ках микробиологии, а в самостоятельную научн) дисциплину она выделилась лишь в середине XX^иu Почему методы работы с вирусами очень сложит^ эус ПРОЯВЛЕНИЯ ВИРУСНОЙ ИНФ[ .ЦИ1' Все проя1он ления вирусной инфекции (и в одноклеточном, кзоз многоклеточном организме) происходят только на клеточном урошок Распространение вируса совершается путем повторения цикла: взаэус модействие вируса с клеткой — выход потомства вируса во внеклетосле мысль и ОБРАЗ § 67. Вирусы и их воздействие на человека 63 1^; Рис. 83. Вирусы щ Среду — проникновение в ветки — и т. д. На сегодняшний №нь механизм взаимодействия вируса с клеткой полностью расшифрован на молекулярном уровне. Зто позволило осуществлять целе-■правленный поиск противовирус-т препаратов. СОЗДАНИЕ ПРОТИВО-ё^СНЫХ ПРЕПАРАТОВ. Вспом-аш, каким образом начинается !)ёваимодействие вируса и клетки: мрусные частицы адсорбируются «3 поверхности клетки. При этом вирусы прикрепляются только к !^вределенному виду клеток, имеющих сходный с ними химический состав липидов клеточной мембраны. Ферменты вируса растворяют Ш1ДЫ клеточной мембраны. Стратегия вирусолога заключается в противодействии: • адсорбции вируса на поверхности клетки (препараты декстран-сульфаты и аналоги нейраминовой кислоты); • разрушению клеточных липидов (препараты амантадин и ремантадин); • всем этапам жизни вируса в клетке (препараты амиксин и др.). Вирус — это живой организм, избравший в качестве экологической •«ши живую клетку другого организма. Его можно назвать паразитом «генетическом уровне. Обратим внимание: при взаимодействии вируса с клеткой происходят глубокие преобразования и вирусных ком-ввентов. и структур, входящих в состав клетки-хозяина. В результате юэникает новая биологическая система, которую можно рассматривать е, сак комплекс «вирус-клетка»*. В нем — временно или постоянно — ви-русные компоненты включены в структурно-функциональный аппарат ч- оютки-хозяина. Эта связь может быть столь прочной, что способна По методам работы вирусология существенно отличается от микробиологии. Прежде всего это связано с тем. что вирусы для исследования не удается культивировать на питательных средах. Как вы знаете, жизнедеятельность вирусов проявляется только в живой клетке. Вирусная частица (вирион), находясь вне клетки, инертна, статична, не воспроизводит себя (не реплицируется) и не осуществляет обменные процессы (метаболизм). Для выращивания вирусов был найден метод использования живых клеток изолированных тканей (человека, куриных эмбрионов или животных, чувствительных к данному вирусу). Ткани культивируют в искусственных питательных растворах. Культивирование и идентификация вирусов — основные вирусологические методы, используемые и для теоретических исследований, и для практических целей диагностики. 64 ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА Мы рассмотрели принципы поиска противовирусных препаратов только на клеточном уровне. Однако достижения фундаментальных и клинических исследований позволяют изучить развитие вирусной инфекции в организме на четырех уровнях: молекулярно-генетическом, клеточном, на уровне тканей, органов и их систем и на уровне целостного организма. Означают ли успехи современной вирусологии победу над вирусными инфекциями? ния); сохраняться и в следующих генерз, циях. Следовательно, конечный рц зультат вирусной инфекции мож( широко варьироваться. Например:^, • репликация вируса и разруи»-^ ние клетки-хозяина; • разрушение вируса, прерывац^ щее вирусную инфекцию, утрата руса клеткой без видимых для последствий (возможно, и псч^ действием противовирусного ле^|. X • встраивание вирусной нуклеиновой кислоты в геном клетки-хоЗ|^ ина и их совместное существование; • со временем пути вирусной частицы и клетки могут расходиты^р Каждая популяция вируса, как и популяции любых живых органИ|^ мов, адаптируется к выживанию в изменяющихся условиях различи ми путями. Например, если даже небольшая часть вирусов выживи условиях применения химиопрепарата, то их потомство окажется ж вствительным к этому препарату. Так, через несколько лет появилс разновидность вируса, не чувствительная к этому ранее высокоакт^ ному противовирусному препарату. Неустанно борется с вирусной инфекцией система общего и точного иммунитета. В свою очередь, вирусы не сдаются. • Вирус гриппа А подавляет синтез защитного белка клетки интерферона. • Вирус герпеса научился жить в клетках иммунной системы, сн жая общий иммунитет организма человека. • Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) достиг наибольших ус хов в подавлении иммунной защиты организма. Как вы уже знаете, всех проявлениях иммунных реакций важнейшее участие принима Т-лимфоциты. ВИЧ поражает именно Т-лимфоциты. Через несколь месяцев или лет после проникновения ВИЧ в кровь большина Т-лимфоцитов гибнет, что нарушает взаимодействие клеток снач( реакциях приобретенного, а затем и врожденного иммунитета и дс ет человека беззащитным перед любой инфекцией. Результатом стс вится развитие синдрома приобретенного иммунодефицита (СПИД).| Адаптационные возможности вирусов очень велики. Одни из реплицируются в условиях высокой температуры тела, другие ут? ли эту способность; некоторые успешно сосуществуют в cмeшaн^ инфекциях. Очень высокую способность к изменчивости проявж семейство вирусов гриппа. ПОЧЕМУ ИММУНИТЕТ К ГРИППУ НЕ ЯВЛЯЕТСЯ НАДЕЖНОЙ ЗАЩИ] ОТ новых ЭПИДЕМИЙ? Вирус гриппа обладает уникальной сп] собностью к изменчивости путем постепенного накопления мутаи, (замены фрагментов его генома на новые структуры). На протяжен двадцатого столетия этот процесс приводил к ежегодным эпидемия § 67. Вирусы и их воздействие на человека шзываемым все новыми модифика-ииями белковых структур вируса. Какова стратегия вирусологов в водобной ситуации? Прежде всего необходимо отследить первые клышки заболевания животных и человека в различных регионах, вы-ле/шь вирус и исследовать молеку-жрную структуру, от которой зави- Население, перенесшее грипп определенного типа в прошлой эпидемии, не имеет иммунитета к генетически измененной структуре поверхности белков нового вируса. Поэтому противогриппозная вакцина, которая создается к определенному типу вируса, неэффективна по отношению к другому типу того же вируса. СНГ патогенность вируса. Затем надо юскить, новый ли это возбудитель, и приготовить вакцину для массовой вакцинации населения. Этот сложный процесс включает в себя; ^]рдварительные стадии приготовления непатогенного вакцинного вируса; проведение доклинических испытаний; клинические испытания; Врпнизацию производственного выпуска вакцин; контроль и распределение вакцин среди населения. ^(роблемы взаимодействия человека и вируса очень сложны по многим аспектам. ^Вирусные заболевания остроинфекционны и могут вызывать массовую гибель людей (эпидемии, пандемии). Вирус как биологический вид — это внутриклеточный паразит на молекулярно-ге-Цдмческом уровне, способный эволюционировать и эффективно приспосабливать-Сй к изменяющимся условиям (поражать иммунную систему человека и животных, |роваться к химиопрепаратам, расширять свой ареал и т. п.). )тка эффективных противовирусных средств защиты (вакцин, сывороток, хи-юаратов) требует знания молекулярной структуры патогенного вируса, а она 1бтся в ходе мутаций за период между эпидемиями (особенно быстро для еяруса гриппа). i ► Рассмотрите схему (рис. 84) и попробуйте объяснить, почему расширение ареала вируса птичьего гриппа через диких водоплавающих птиц оказалось для этого вируса весьма эффективным. п Рис. 84. Распространение птичьего гриппа ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА ] ПРОФИЛАКТИКА И МЕТОДЫ ЛЕЧЕНИЯ БОЛЕЗНЕЙ, ВЫЗВАННЫХ ВИРУСАМИ тив (Ш£ шас из диз Урок-конференция Знать хсрошее важнее, чем знать мног< ж. Русбел нес В чем состоят принципиальные отличия вирусных инфекций? ттятттйяин’ш I Осознать учно обоснованные методы профилР^® тики и лечения вирусных за6олеван»^<вм имк Фун 1. Профилактика и лечение гриппа, вип 2. Профилактика и лечение герпеса. 3. Профилактика и лечение СПИДа. ПЛАН КОНФЕРЕНЦИИ Источники информации «Все в мире цепью связано единой», — писал поэт Лев Кунин. Подтвердите эту мысль поэта на примере существова* ния вирусов в биосфере. 1. Медицинская энциклопедия. — М.: Совета; энциклопедия, 1972. пуп 2. Колесов Д. В. Основы гигиены и санитари)ние Д. В. Колесов, Р. Д. Маш. — М.: Просвещение, 1989. \ 3. С м и р н о в А. Т. Основы медицинских знаний и здорового образа жизм А. Т. Смирнов. — М.: Просвещение. 2006. зхр( В м Профилактика и лечение гриппа Вирусы гриппа — это уникаль/®^! СООБЩЕНИЕ 1 семейство вирусов, представля Е щих реальную угрозу населению нашей планеты. Они ПЫ I личаются большой изменчивостью и продолжают эва пем- ционировать путем постепенного накопления мутаций МЫСЛЬ и ОБРАЗ Эти изменения ученые отслеживают прежде веете мож са. Это белки двух белках, определяющих патогенные свойства гемагглютинин (обозначение «НА» или «Н») и нейра«^ ^ ван «H5N1». Это означает, что данный вирус содержит гемагглют^^ ния) типа 5 и нейраминидазу типа 1. Грипп — это высокозаразное острое заболевание дыхательк®^ путей. Течение болезни связано с тем, что вирус гриппа проходит» сколько циклов. Первый цикл занимает 6—9 ч, а каждый последа подавляется клеточным и общим иммунитетом. Меры защиты; вакцинация, противовирусная химиотерапия, репляющие средства повышения иммунитета, изоляция заболевших, цевание воздуха в помещении, частое проветривание, влажная § 68. Профилактика и методы лечения болезней, вызванных вирусами Как средства индивидуальной антивирусной защиты очень эффективны: капли 8 нос, мази, аэрозоли, ингаляции с эфирными маслами (иалфей, душица, мята, лаванда и др.). Описан случай: резко снизилась внутрибольничная инфекция во время эпидемии гриппа в одном из лечебных учреждений, так как был использован «медицинский Л1зайн» — интерьер из эфиромасличных культур. © У л э- е* ИЙ но 1р ООБЩЕНИЕ 2 Профилактика и лечение герпеса. Герпес ~ это самая распространенная вирусная инфекция. На основании особенностей строения белков, ДНК, путей передачи вируса вирус герпеса подразделяют на несколько типов. Формы герпетической инфекции могут быть латентными (скрытыми), острыми и хроническими, дающими рецидивы. Несмотря на наличие свецифических антител, вирус герпеса не устраняется из организма. По-«му? Оказывается, вирус герпеса способен реплицироваться в клетках 1шукной системы. При этом клетки либо гибнут, либо снижается их функциональная активность. Обсудите меры профилактики против раз-мтия герпетической инфекции, зависящие от личной гигиены человека. Профилактика и лечение СПИДа. СПИД (синдром приобретенного иммунодефицита) — тяжелая болезнь с летгшьным исходом. Основной п)ГП> заражения — половые контакты, а также гемоконтакты (перелива-we крови и др.). При обсуждении проблемы обратим внимание на три аспекта: 1. По данным ООН, с каждым годом число умирающих от СПИДа аремительно растет (2002 г. — 2.7 млн, 2003 г. — 3 млн человек). 6 мире уже более 46 млн инфицированных, и ежегодно заражаются ЮАько половым путем еще несколько миллионов. В России, как и во всем мире, эпидемия СПИДа вышла за преде-W групп риска и распространилась на другие слои населения. Проб-нема СПИДа становится глобальной проблемой человечества. 2. Эффективных препаратов для лечения СПИДа еще не создано, ножно лишь замедлить развитие болезни. Стоимость их производства «нь высока (только годовая доза «коктейля» из четырех наиболее эффективных препаратов для одного человека стоит 10 тыс. долларов США). 3. Рассмотрите СПИД как социально-значимое заболевание (угроза рслространения), как демографический фактор (смертность населе-тя), как фактор, снижающий трудоспособность населения, а следова-«яьно, развитие производства, и др. Какие способы защиты населе-т зависят от общества в целом и лично от каждого? Вирусные инфекции многообразны и чрезвычайно опасны для человека. Современная медицина располагает средствами защиты от большинства вирусных инфекций, большое значение для профилактики вирусных заболеваний имеет образ жизни и личная гигиена человека. s I 69 ЗАКОНОМЕРНОСТИ HA СЛЕДСТВЕННОСТИ Урок-лекция Как наследуются признаки? Каковы материальные основы наследствен* ности? Что представляет собой сцепленное наследование? Каковы основные постулаты хромосомной теории наследственности? Вера Пестель. Семья за столом «Мысль семейная» определяет, по Толстому, «черты породы» семей Ростовых и Болконских. Толстой также выделяет представленные этими семьями разные человеческие типы, как «Ум ума» ~ у Болконских, «ум сердца» — у Ростовых. Какие меха* низмы, по мнению Л. Н. Толстого и В. Е. Пестель, лежат в основе се* мейного наследования? МЫСЛЬ и ОБРАЗ Главная польза от математики заключаете гру npi' |ляв 1реь С80 при в применении ее для объяснения природ Дж. Максв& вто\ I Ключевые слова Доминантный и рецессивный признаки ска: Скрещивание Гибриды Законы Мендег ми Ген ■ Генотип - Фенотип ■ Аллельные гены Сцепле фак ное наследование * Группы сцепления теория наследственности Хромосомм ван1 фак тор( Основы генетики {Биология, 9 кл.; ЕстестЛРУ* вознание, 10 кл., § 30-33, 51, 71-72). * — ■ ПОК( бОЛ1 лен| Целый ряд заболеваний человека передается наследству. Чтобы понять механизмы, которь лежат в основе их наследования, необходимо оз»г-комиться с основными закономерностями насле^®^^ ственности, которые были выяснены генетикой. ала ’HAKOt Впервые закономе^^^^ ности наследования признаков установил Грегс^®^^ Мендель, который применил метод гибридологичА^^^ кого анализа, т. е. скрещивание (гибридизаций®”^ организмов, отличающихся друг от друга по одн^®^ му или нескольким признакам. У потомков этихо®^®^ ганизмов, так называемых гибридов, изучало^®^® распределение выбранных для анализа признаке®®®' Свои классические опыты по скрещиванию Me”® ^ дель поставил на горохе. Он выбрал исхода”® ^ формы, отличающиеся по одному признаку (напр чае мер, окраска семян — зеленая и желтая). Предв®^^® рительно он убедился, что избранные призна^®*^® стабильны, т. е. передаются неизменными в поколений при самоопылении. При скрещивал” исходных форм были получены гибриды перво®”^® поколения. Окраска их семян всегда была одинас””^® вой — она соответствовала окраске одной из дительских особей. Именно поэтому Мендель вв”^®^ понятия доминантного (проявляющегося) и цессивного (непроявляющегося) признака. гомс 1_ § 69. Закономерности наследственности Скрестив гибриды между собой, Мендель обнаружил, что у одной группы гибридов второго поколения также проявляется доминантный признак, а у другой обнаруживается рецессивный признак, не прояв-шиийся в первом поколении. Соотношение особей с доминантным и рецессивным признаками оказалось 3:1. На основании результатов С80ИХ экспериментов Мендель сформулировал принципы наследования цжэнаков, которые получили название первого (закон единообразия гибридов первого поколения) и второго (закон расщепления гибридов еюрого поколения в соотношении 3:1) законов Менделя. Пытаясь объяснить результаты своих экспериментов, Мендель вы< , сказал предположение, что наследуемые признаки определяются неки-ии материальными носителями наследственности (наследственными факторами). Они присутствуют в организме попарно, но при образо-аании гамет в каждую из них попадает только один наследственный фактор из каждой пары. Затем, при слиянии гамет, парное число факторов восстанавливается, причем один из них будет от материнской, а другой — от отцовской особи. Наследственные факторы различаются по «силе», и этим объясняется закон единообразия гибридов первого ;кколения — более сильный доминантный признак не дает проявиться бопее слабому, рецессивному. Расщепление гибридов во втором поко-дении обусловливается сочетанием доминантных и рецессивных факторов в строго определенной комбинации. Менделя и современная генетика легко догадаться, что ^следственные факторы Менделя ~ это гены. Под понятием ген под-рюумевают функционально неделимую единицу генетического матери-|’!яа (участок молекулы ДНК), которая кодирует определенную инфор-1ВЦИЮ. например признак. Набор генов организма (генотип) и определяет всю совокупность признаков (фенотип) организма. На самом деле за каждый признак в диплоидном организме ответственна пара генов — аллельные гены, или аллели. Они расположены в одних и тех же участках гомологичных хромосом и находятся во взаимодействии. Вспомним, что диплоидный набор хромосом формируется в зиготе в результате слияния гаплоидных мужской и женской гамет. Таким ббраэом. из двух гомологичных хромосом диплоидного организма од-■е происходит от отца, а другая — от матери. Обе аллели одного ге-еуогуг обеспечивать одинаковое проявление признака. В таком слу-ее организм будет гомозиготным по данным аллелям. Если же одна юель (доминантная) подавляет проявление другой (рецессивной), то такой организм по этим аллелям будет гетерозиготным. Доминантную йпель обозначают прописными буквами латинского алфавита [А, В, С IT. д.), а рецессивную — строчными (а, а, с и т. д.). Гомозиготный по мпелям данного гена организм может иметь соотношение аллелей шбоАА, либо аа. В первом случае проявление признака будет доми-штным, а во втором — рецессивным. Гетерозиготный же организм шеет аллели Ав и соответственно доминантное проявление признака. Уекдель в своих опытах в качестве родительских особей использовал Цмоэиготные по доминантным (желтые семена ~ АА) и рецессивным 70 ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА (зеленые семена — аа) аллелям растения (это доказывается тем, чт признаки стабильно передавались в ряду поколений при самооплодо ги-творении). Воспользовавшись буквенной символикой, воспроизведа пр эти эксперименты: Р (родители) Гаметы F, (первое поколение) Гаметы р2 (второе поколение) АА А Аа А АА А ; а ; Аа : аа нь бу. НИ ле Мс но ст< X аа а X Аа а ; ; Аа Гибриды первого поколения будут иметь только желтые семена (до минантный признак Д). а во втором поколении этот признак проявите в соотношении 3:1, что и постулируют законы Менделя. Мендель в своих экспериментах имел дело со случаями полного дс минирования — полное подавление доминантной аллелью проявлени рецессивной. Однако известно немало случаев, когда доминированн оказывается неполным, т. е. рецессивная аллель в определенной сте пени проявляется и в гетерозиготном организме. И наконец, при тз (лс называемом кодоминировании признаки, определяемые обеими алж ПО' лями, у гетерозиготного организма проявляются в равной степей (например. IV группа крови у человека). (чи Наследование признаков происходит закономерно — в первом поколении гибридов все особи несут доминантный признак, во втором соотношение особей с доминантным и рецессивным признаками составляет 3:1. В основе сформулированных законов Менделя лежат механизмы распределения генов, кодирующих признаки, в череде поколений. Каждый ген диплоидного организма представлен двумя аллелями, лежащими в гомологичных хромосомах одной пары. 1 ген МО этс Пр1 ре ме: крс аВ. вах НОЕ ХРОМОСОМНАЯ ТЕОРИЯ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ В своих эксперименп _ Мендель не ограничился анализом характера наследования одного пр( знака, он также выявил и закономерности наследования в случае. коо( родительские особи отличались уже по двум признакам — цвету и фо( ра ДУ ме семян. Итогом этих экспериментов стало доказательство незавио,___ мого наследования двух разных признаков — третий закон Менделя Базируется этот закон на особенностях протекания мейоза в xcui||^ образования гамет. Вспомним (см. Естествознание, 10 кл., § 71), что анафазе I негомологичные хромосомы расходятся независимо, что обеспечивает равную вероятность формирования гамет с разным а четанием аллелей. Так, если у особи с генотипом АаВЬ оба изучаемь гена располагаются в негомологичных хромосомах, то гаметы с соч< танием аллелей АВ, АЬ. аВ и аЬ образуются равновероятно. Если х оба этих гена находятся в гомологичных хромосомах, то в гамеи может быть только такое сочетание аллелей, которое характерно д| родительских особей. Например, если в одной гомологичной хромоа ме данной пары лежат аллели АВ, а в другой — аЬ, то и образующ» ся гаметы могут нести только два сочетания аллелей — АВ или аЬ. i I I: § 69. Закономерности наследственности Таким образом, если гены находятся в одной и той же паре гомоло-гичных хромосом, то наследование определяемых ими признаков будет цюисходить совместно, сцепленно. Такие случаи называют сцепленным наследованием. Этот феномен широко распространен и, как будет показано в следующем параграфе, важен для понимания механизма наследования некоторых болезней человека. Изучением сцеп-16НН0Г0 наследования в начале XX в. интенсивно занимались Томас Морган с сотрудниками, что привело их к формулированию хромосомной теории наследственности. Ее основные принципы можно представить следующим образом; • гены располагаются в хромосомах, причем разные хромосомы содержат неодинаковое количество генов, но набор генов строго спе-11*фичен для каждой хромосомы; ■ гены расположены вдоль хромосомы линейно, один за другим, при этом каждый ген находится в своем, четко определенном месте (wxi/ce): • гены, расположенные в одной хромосоме, могут передаваться [мтомкам совместно (сцепленно). и образуют одну группу сцепления {число таких групп равно гаплоидному числу хромосом). Следует отметить, что нередко наблюдается нарушение сцепления генов. Это становится возможным благодаря кроссинговеру, который может иметь место в профазе I мейоза. Гомологичные хромосомы в это время тесно смыкаются, перекрещиваются (кроссинговер) и могут при этом обмениваться участками. Так, в рассмотренном выше примере два гена находились в одной хромосоме и могли распределяться 1ВЖДУ гаметами только в сочетании АВ или аЬ. Однако вследствие {^ссинговера среди обычных гамет могут появиться и новые АЬ зВ. Таким образом возникают новые комбинации генов, что имеет кжное значение для эволюции, поскольку этот процесс лежит в ос-№ве комбинативной формы наследственной изменчивости. 0 Ьзаеисимое наследование признаков имеет место, если кодирующие их гены лежат в резных хромосомах. Если эти гены располагаются в одной хромосоме, то они насле-дуется сцепленно. Нарушение групп сцепления возможно в результате кроссинговера. новый портфель I > Каковы закономерности наследования признаков в первом и втором поколениях гибридов, если родительские особи отличаются по одному признаку? D> Каковы материальные носители наследственных свойств? > С чем связана возможность разных (доминантное и рецессивное) проявлений признака? > Какие механизмы определяют сцепленное наследование? Почему возможны перекомбинащ1и групп сцепления? ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА ГЕНЕТИКА ЧЕЛОВЕКА Урок-лекция Биология — наука о невероятна А. СенТ’Дьё{х L Ключевые слова Что изучает генетика человека? Что такое кариотип и как наследуются признаки, сцепленные с полом? Каковы основные методы генетики человека? Что нового дало завершение программы «Геном человека*? Кариотип человека • Наследование, сцв ленное с полом • Генеалогический, близи цовый, цитогенетический и биохимический методы Геном человека * Генная терапия Основы генетики (Биология, 9 кл.; Есте ствознание, Ю кл., § 30—33, 51. 71—72)р^^ ран« Эдгар Дега. Семья Беллели Генетика человека изучает наследствекотс ность и изменчивость человека. В н( ^ выделяют медицинскую генетику, в задгких которой входит исследование развития иных следственных болезней, возможности «ваю лечения и профилактики. чин кле* КАРИОТИП ЧЕЛОВЕКА Как и у всех эукноп. риот. ядерная ДНК человека распределвКар между разными хромосомами. Оформлемос ное состояние хромосомы приобрета<(см. только перед делением в профазе мита44Х или мейоза, причем каждая хромосома F это время представлена двумя копиями сод( хроматидами. В метафазе их структу1пол< становится хорошо различимой. Каждая ммо тафазная хромосома состоит из двух хрген, матид, соединенных в области центромернеч^ к которой прикрепляются нити веретвзел( деления. Центромера делит хромосому пфор перек на две половины — плечи, которпри: могут быть короткими и длинными. гена Число, размер и форма хромосом спсом цифичны для каждого вида. При этсзакс гомологичные хромосомы каждой па(как совершенно идентичны. Совокупность вес m признаков хромосомного набора носит название кариотип, которю н( можно рассматривать как «паспорт» вида. Анализ кариотипа позволяем i установить видовую принадлежность организма (если его кариоли м\ Идея передачи наследственных признаков занимала умы писателей и художников XIX в. С какими научными открытиями это может быть связано? МЫСЛЬ и ОВРАЗ § 70. Генетика человека Хроматиды Центромера Хромосомный набор в метафазе * ш !зе ЗР II Ш IS 1 2 3 4 5 6 16 is и Гг 5!! 7 8 9 10 11 12 Г Г •' 1* ft ге 13 14 15 16 17 18 т !S 9 9 9 Ь U II 8 8 19 20 21 22 X Y ч 00 II Ш 1 2 3 4 5 6 SS «й и .ш В» 7 8 9 10 11 12 п * а - п вв с •* V W ч я П so 13 14 15 16 17 18 II ■ pt и 1! 11 и 19 20 21 22 X X мужской набор хромосом женский набор хромосом 1 Рис. 85. Хромосомный набор человека ренее уже изучался), выявить изменение в числе и строении хромосом, вторые могут приводить к наследственным болезням. У человека число хромосом в диплоидном наборе всех соматичес* о« клеток равно 46. При этом четко выделяются 22 пары гомологич-т хромосом, которые одинаковы и у мужчин, и у женщин. Их называют аутосомы. Хромосомы, по которым отличаются кариотипы муж-чн и женщин, называют половыми. У женщин во всех соматических тетках имеются две одинаковые (гомологичные) крупные, нерав-вплечие хромосомы, которые обозначают как Х-хромосомы (рис. 85). Ьриотип женщин записывают как 44ХХ. У мужчин имеется одна Х-хро* ■осома и одна маленькая палочковидная хромосома — У-хромосома feu. рис. 85). Кариотип мужчин, таким образом, следует записать как МУУ. Решающую роль в определении пола играет У-хромосома. В ней рдержатся гены, которые определяют развитие организма мужского впа. и передается она только от отца к сыну. В Х-хромосоме, помимо генов, определяющих пол, присутствуют и другие гены, например гем, обусловливающий свертываемость крови, гены, определяющие чувствительность к красному и Умному цвету (дальтонизм), зубов и др. Эти и другие 1риэнаки, которые «записаны» в генах, лежащих в половых хромо-оиах, наследуются по особым (рномерностям, обозначаемым (зх наследование, сцепленное с полом. Его специфика связана с неравнозначным распределени-W половых хромосом в женском ииужском организме. Хромосомный набор человека составляют 22 пары аутосом и пара половых хромосом — XX (женский пол) и ХУ (мужской пол). В половых хромосомах сосредоточены гены, определяющие пол. но также имеются гены, обусловливающие развитие других признаков. Их наследование происходит неодинаково у мужчин и женщин и обозначается как сцепленное с полом наследование. © 1! 74 ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ТГНЕТИКИ ЧЕЛОВЕКА Один из традиционных М€так годов генетики человека — это генеалогический метод. Он основзмо; на изучении родословных, в которых отмечается распределение насле дуемых признаков в разных поколениях людей, связанных кровньгко родством. При этом можно установить, какой признак наследуетсго (доминантный или рецессивный), его сцепление с полом, а также расник считать вероятность проявления этого признака в ряду поколений. Близнецовый метод предполагает изучение проявления признаксраз у разнояйцевых {неидентичных) и однояйцевых (идентичных) блкпод нецов. Первые рождаются в результате оплодотворения двух яйшжен клеток двумя разными сперматозоидами и ничем не отличаются снир братьев и сестер, родившихся от разных беременностей. Однояйцевьраз! близнецы развиваются из одной яйцеклетки, которая после оплодоткми рения одним сперматозоидом дает начало двум эмбрионам. Инооруе-идентичные близнецы не разделяются полностью, а рождаются соед©тс? ненными друг с другом — это так называемые сиамские близнец^пев< Однояйцевые близнецы обладают одинаковым генотипом, поэтому отыв< так похожи друг на друга. Различия между ними во многом опред ляются различиями в образе жизни, т. е. средой. Поэтому изучен однояйцевых близнецов позволяет установить роль наследственнс (генотипа) и среды в характере проявления того или иного призна* Цитогенетические методы основаны на изучении кариотипов| используются для диагностики ряда наследственных заболеван»^ раннего определения пола и др. Широко применяются биохимическ1^^^^ методы, которые позволяют выявить генетически обусловленкк изменения в обмене веществ. Последние успехи в изучении генеп человека связаны с внедрением в нее молекулярно-биологичес» методов. Выяснилось, что с одного гена может синтезироваться несколько различных белков. Это достига* ется благодаря особому строению генов всех эукариот, в том числе и человека. Они складываются из отдельных блоков, одни из которых ~ экзо-ны ~ несут информацию о составе кодируемой данным геном белковой молекулы, другие же ~ интроны — таковой не несут и отделяют экзоны друг от друга. При транскрипции гена экзоны и интроны считываются вместе как одна большая молекула мРНК. Затем при помощи специальных ферментов интроны вырезаются, а экзоны сшиваются «торец в торец». Такая мРНК, состоящая только из экзонов, и поступает на рибосому. Иногда вместе с нитронами вырезается один или несколько экзонов. Тогда состав мРНК будет другой, а соответственно с нее на рибосоме будет синтезирована цепочка Аминокислот, отличная от +бй, кбтбрЗЯ КЛ-дируется полным составом экзонов данного гена. м U ГЕНОМ ЧЕЛОВЕКА В 2001 г бы^ объявлено О завершении между» родной программы «Геном человек Это означает, что была определе последовательность нуклеотидов вс заключенной в хромосомах челом ДНК. Самое поразительное открыт' состоит в том, что в геноме челове не так уж и много генов — около: тысяч. Белков же у человека в га раз больше — около 150 тысяч. 4i объясняется подобное несоотк( ствие? Дело в том, что белок — з не только цепочка аминокислот, обр зуюшдяся при трансляции. Белки чз то включают и другие компонент которые встраиваются в исходную почку аминокислот уже после ее бГ синтеза на рибосоме. В резульп § 70. Генетика человека 13К0Й посттрансляционной модификации исходный белковый продукт может измениться до неузнаваемости. В геноме человека гены составляют около 5%, а если считать только экзоны (а именно они кодируют в конечном итоге белки!), то и того меньше. примерно 1%. Таким образом. 99% ДНК генома не имеют [Якакого выражения в белке. С познанием закономерностей функционирования генома связано развитие генной терапии. Это новое направление медицины, которое зумевает коррекцию генетических дефектов методами генной ин-аенерии. Зная последовательность нуклеотидов в нормально функцио-щем гене, можно установить, с какими нарушениями связано развитие того или иного наследственного заболевания. Затем методами генной инженерии создается «терапевтический» ген. который кодирует белок, корректирующий генетический дефект. Этот ген доставляется к клеткам определенной ткани пациента с наследственным забо-аееанием, где с него считывается информация в виде мРНК и выраба-ррвается необходимый организму больного белок. 75 \ (ёнь. кодирующие белки, составляют малую часть генома человека и других эукариот. большая часть генома представлена многократно повторяющимися последова-|мьностями ДНК. функциональная нагрузка которых пока еще полностью не опреде-Гекная терапия, в основе которой лежат методы генной инженерии, позволяет тировать работу дефектных генов. В новый портфель > Какие хромосомы и в каком числе входят в состав кариотипа человека? > Как определяется пол у человека? Почему особое внимание в генетике человека уделяется изучению однояйцевых близнецов? Почему генов, кодирующих белки, в геноме человека меньше, чем производимых в его организме белков? > Что представляет собой генная терапия? If' Sf ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА Ч'М 71 НАСЛЕДСТВЕННЫЕ БОЛЕЗНИ Е Урок-семинар Все счастливые семьи похожи друг на га. каждая несчастливая семья несчастлм по-своему. Л. Н. Толсп и тс рс ПС Какие болезни называют наследственными? В чем специфика наслед ственных болезней? Какие группы наследственных болезней выделяют! какие причины ведут к их развитию? Существуют ли способы предупре! дения и лечения наследственных болезней? выяснить, с чем связано развитие наследственных заб левзний, какие типы наследственных болезней челом ? существуют и каковы способы их лечения. ПЛАН СЕМИНАРА 1. Генные болезни и специфика их наследования. 2. Хромосомные болезни и причины их возникновени! 3. Лечение наследственных болезней. Необходимые источники информации 1. Биология. Общая биология. Учебник для 10—11 кл. В 2 ч. / под. рк В. К. Шумного. Г. М. Дымшица. — М.: Просвещение, 2006. 2. Гр и н Н. Биология. В 3 т. Т. 3 / Н. Грин, У. Стаут, Д. Тейлор.; англ. М. Г. Дуниной; под ред. Р. Сопера. — М.: Мир, 1990. шЩ 3. М а м о н т о в С. Г. Биология для поступающих в вузы / С. Т. Ма« тов. — М.; Высшая школа, 1991. В романе Гончарова «Обломов* главный герой Илья Ильич болен <Н1 следственной болезнью*. Ее «родовые чер'ы*, по мнению Н. А. Доброл! бова, можно найти у Онегина и Печорина. Эту болезнь Добролюбов назьврЕ «обломовщиной». f Как вы думаете, какие «наследственные болезни» характерны для certy няшнего общества? A’l мысль и от Болезней, которые связаны с поврв)кдением генетического матер] ^ д ла, к настоящему времени известно около двух тысяч. По данным 6(^ 5—8% новорожденных страдают наследственной патологией. Причт, возникновения всех наследственных заболеваний кроется в небла, приятных мутациях. Различают заболевания генные и хромосомные' § 71. Наследственные болезни Выясните причины возникновения различных генных болезней и факторы, которые могут спровоцировать возникновение генных мутаций (ионизирующее ультрафиолетовое излучение, высокие и низкие температуры, неко-,юрые химические соединения). Обсудите специфику наследования генных болезней, связанных с мутациями в рецессивных и доминантных аллелях, с положением измененного (мути-рробэбшего) гена в аутосомах и половых хромосомах (сцепление с полом). Используя справочники, найдите самые распространенные генные болезни и разберитесь в характере их наследования. Обра^'ите внимание, что при мутации доминантной аллели аутосомного гена признак ! проявляется в каждом поколении, независимо от пола. При мутации же 9 рецессивной гшлели признак может быть не выражен у родителей, но проявляется у потомков. Охарактеризуйте причины, которые приводят к развитию хромосомных болезней. Приведите примеры наиболее распространенных хромосомных заболеваний человека. © пнмтвльмые ГОЧНИКИ t >рм«ц»>и 1. Тимолянова Е. К. Медицинская генетика для медсестер и фельдшеров / Е. К. Тимолянова. ~ Ростов-на-Дону: Феникс, 2003. и 2. Бочков Н. П. Медицинская генетика / Н. П. Бочков. А. Ю. Асанов, || НА. Жученко. — М.: Мастерство, 2002. 3. Биологический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия, 1986. Обсудите, почему наследственные заболевания трудно поддаются лечению и какие способы их лечения могут быть предложены сейчас и в будущем. Гл и к Б. Молекулярная биотехнология / Б. Глик, Дж. Пастернак. — М.: Мир. 2002. Ряд тяжелых болезней человека связан с повреждением генов или хромосом. Эти заболевания передаваться в череде поколений, причем при рецессивном ювании могут быть не выражены у родителей, но проявиться [детей. Лечение наследственных болезней заключается в основном 1Х0ррекиии работы пораженных органов. Дальнейший успех в борьбе с наследственными болезнями связан с развитием генной терапии. ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА 72 МЕДИКО-ГЕНЕТИЧЕСКОЕ КОНСУЛЬТИРОВАНИЕ И ПЛАНИРОВАНИЕ СЕМЬИ л Урок-конференция Из худого семени не получип доброго племени. Русская народная поговора ■ I Каковы задачи медико*генетического консультирования? Как можно сни* яитк риск рождения ребенка с наследственным заболеванием'’ Выяснить, в чем заключается медико-генетическо!; консультирование и каким образом можно снизить риск появления в сем» р^енка-инвалида и планировать рождение здоровых детей. , ПЛАН КОНФЕРЕНЦИИ 1. МедикО'Генетическое консультирование — один из основных видов проф» лактики наследственных болезней. 2. Основные этапы медико*генетического консультирования. 3. Планирование семьи ^ комплекс мероприятий, направленных на предупреждение зачатия больного ребенка. ( f Медико-генетическое консультирование — это специализированна, вид медицинской помощи, направленный на профилактику насле;|^ ______________________ственной патологии. Его целью служит опре деление вероятности рождения ребенка | наследственным заболеванием и помошг семье в принятии решения относительно де торождения. В медико-генетическую koL -JF.. сультацию обращаются беременные женик ны, опасающиеся рождения больного ребе' ка, и родители, у которых такой ребенок pi дился. В последнем случае важно не тол1^ уточнить диагноз заболевания, но и сдела - прогноз здоровья будущих детей. Консулы рование особенно рекомендуется супруга состоящим в кровном родстве (двоюродн братья и сестры) и в ряде других случаев При медико-генетическом консультир вании используют генетические мет (см. § 70). Анализируется кариотип супр для выявления нарушений в числе и ст I Сальвадор Дали. Пара с облаками в головах МЫСЛЬ и ОБРАЗ § 72. Медико'генетическое консультирование и планирование семьи осом, составляются родословные, чтобы определить характер на-[Ования (рецессивное, доминантное) генного заболевания и расчета ности его проявления в потомстве. Разработаны методы доро-диагностики (ультразвуковое зондирование — УЗИ плода, анализ его кариотипа, структуры отдельных генов — ДНК-диагностика и др.). Планирование семьи (деторождения) как раз и направлено на пре> ждение зачатия больного ребенка и предполагает оценку генети-;ого риска рождения детей с наследственными болезнями. Помимо нных методов медико-генетического консультирования, молодым угам предлагается пройти обследование на наличие хронических вых инфекций и гормональных изменений, которые могут нарушить ,есс созревания половых клеток и развитие плода. Рекомендуются етствующие методы лечения. Важно помнить, что законодательством РФ категорически запре-цена насильственная стерилизация и любое другое вмешательство, на-Р^ушающее права человека. Решение о рождении ребенка, при любом диагнозе врача-генетика. семья принимает самостоятельно. Факторы, определяющие риск рождения больных детей. ООВЩЕНИЕ 2 ЮБЩЕНИЕ 3 I ООВЩЕНИЕ 4 5 Генетическая опасность близкородственных браков. Методы дородовой диагностики. Мероприятия, направленные на снижение вероятности рождения детей с наследственной патологией. Цкгочники fшфopмaции 1. Тимолянова Е. К. Медицинская генетика для медсестер и фельдшеров / Е. К. Тимолянова. — Ростов-на-Дону; Феникс, 2003. 2 Бочков Н. П. Медицинская генетика / Н. П. Бочков. А. Ю. Асаиов, НА. Жученко. — М.; Мастерство. 2002. &||кледственные синдромы и медико-генетическое консультирование / С И.Коапова [и др.]. — М.; Практика. 1996. < Харпер П. Практическое медико-генетическое консультирование / ‘р. — М.: Медицина. 1984. Медико-генетическое консультирование позволяет снизить риск рождения ребенка, страдающего на-твенным заболеванием. Консультацию у врача-генетика реко-тся пройти всем супругам, планирующим рождение ребенка, а нно входящим в группу риска по части наследственных заболе-й (близкородственные браки, супруги в возрасте, имеющие венников с наследственной патологией или подвергавшиеся ЙСТ8ИЮ мутагенных факторов). -0 ii 1-^'' ф-1 ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА ОБРАЗ И МЫСЛЬ Эдуард Хикс (1780—1849) Царство мира (1830—1840-е гг). Музей искусства, Филадельфия (« Рассмотрите иллюстрацию и опишите сюжет. Какие ощущения, впечатления, ассоциации возникают при знакомстве с картиной у вас? Любое произведение искусства есть своеобразное послание, которое автор оставляет в наследство будущим поколениям. Попробуйте сформулировать то, к чему призывает нас художник или против чего предостерегает (обратите внимание на дату создания). Найдите в самом произведении то, что позволяет вам аргументировать свое мнение. Может быть, вы вспомните и другие произведения, близкие по духу? Предположите, что, по вашему мнению, могло побудить мастера написать подобное полотно. Как вы думаете, актуально ли это произведение для современного зрителя, или он видит в нем лишь «наивную картинку»? Обменяйтесь с одноклассниками предположениями по поводу того, почему авторы поместили именно эту иллюстрацию перед последней главой учебника. Придумайте эпиграф к главе, соотнеся его со зрительным образом. [^Человек в биосфере выступает как биологический вид (т. е. юнент биосферы, непреложно подчиняющийся законам ее ютвования) и как человечество в целом. Как биологический вид человек вышел за пределы своей эко-<еской ниши и нарушает природное материально-энергети-кое равновесие в среде своего обитания. Как человечество в )м, он стал по масштабам своей деятельности геологической )й, преобразующей биосферу в глобальном масштабе. ||£стественные науки, познавшие законы природы, привели к 1ительному научно-техническому прогрессу. Техногенная ци-щия, ориентированная на утилитарно-прагматические цели )ления ресурсов планеты, привела к появлению глобальных 5лем, не совместимых с поддержанием целостности биосфе-и сохранением жизни на Земле. Как уникальный компонент биосферы, осознающий себя и (ающий мир, человек должен взять на себя ответственность |в использование естественно-научных знаний в гуманистически тированных целях и организовать научно обоснованное при-юльзование как условие устойчивого совместного развития )люции) Природы и Человека. ЕСТЕСТВЕННЫЕ HAVt«1 И ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОСТИ Урок-лекция Только тогда можно понять сущность вещей, когда знаешь их происхождение и развитие Аристотел Ключевые слова Глобальные проблемы Какие проблемы называют глобальными? Каковы особенности глобальных проблем современного мира? Какие условия требуются для решения глобальных проблем современности? f4s старого портф^и Биосфера (Естествознание, 10 кл., § 36). Марк Эрнст. Европа после дождя Попробуйте объяснить, почему писатель-фантаст Жюль Верн, живший еще до техногенных экологических катастроф, писал: «Наука должна служить только добру». мысль и ОБРАЗ Глобальные проблемы современного мира — это проблемы, порожденные деятельностью человека на Земле, требующие своего незамедлительного решения, поскольку они угрожают ВЫЖИВАНИЮ человечества, разрушая среду его обитания. КАКИЕ ПРОБЛЕМЫ НАЗЫВАЮ: ГЛОБАЛЬНЫМИ? Термин «гл(Ь бальный» используют для ха рактеристики общепланетарны) процессов и тенденций. Глобальный характер носят, например, изменения климата, дрей^, континентов, масштабные землетрясения и извержения вулка нов, атмосферный перенос, пару шения в структуре океанически течений и т. д. Все они в значи тельной степени воздействуют к( биосферу, а значит, имеют и пт мое влияние на человека. Однако к концу XX в. человй чество в своем развитии достип! того этапа, когда его деятельное)^ тоже стала оказывать влияние 4^ общепланетарные процессы, т. е; стала проявляться на глобально! н уровне. Это привело к появленж; р целого ряда новых глобальнь и проблем, со многими из которь п связана сама возможность дал нейшего существования человеч ства. Именно эти антропогеннь § 73. Глобальные проблемы современности 1ьные проблемы мы и будем обсуждать. О них обязан знать, ком-|9егентно судить и понимать возможные пути решения каждый. тОБЕННОСП' ГЛОБАЛЬНЫХ ПРОБЛЕМ СОВРЕМЕННОГО 'Ш Как [результат деятельности человека глобальные проблемы сложны и разно-[образны. как и сам человек. Вместе с тем они имеют много общего: Все физико-химические и биологические процессы в биосфере )зрывно связаны друг с другом, а потому и глобальные проблемы 1мообусловлены и неразрывно связаны между собой. • Их воздействие, как и последствия, отражается на всех сторонах 1нзни человека (хозяйственной, социальной, экономической, полити- (Ой и др.). • Все глобальные проблемы фокусируются в экологической проблеме. • Глобальные проблемы возникли тогда, когда антропогенное [роздействие сравнялось по своему масштабу с геологическими силами. Подчеркивая это, В. И. Вернадский говорил о «человечестве, взя-WM в целом». Осознать этот общий результат и найти пути решения 1ьных проблем также возможно только силами всего человечес-юго сообщества. Усилий одной страны, одной нации или же группы ;стран и наций для этого недостаточно, требуется глобальный уровень [свиных общепланетарных решений. В основу проектов для решения глобальных проблем должны быть >жены принципы согласования деятельности человека с законами ЗДЫ. Обратим внимание: все глобальные последствия деятельности чело-кка. как и все стороны его жизни, проявляются в его взаимодействии сприродной средой. Человек может существовать только в природной |фвде. он лишь один из компонентов единой системы «человек — природа-. А это означает, что все ви- Глобальные проблемы имеют общие черты, все они требуют комплексного решения и могут быть решены только усилиями всего человеческого сообщества, единого в своих действиях. е № деятельности человека непре-liSHHO связаны с той или иной [формой природопользования. Это :няет нам, почему нерацио-[яльное природопользование не-зжно приводит к разрушитель-\т последствиям, пагубным для |(реды обитания человека. Именно поэтому все глобальные проблемы гменного мира фокусируются в экологической проблеме. Напри-|вр, политические, национальные и социальные проекты, если они вы-[авают усиление производства военной техники, увеличивают нагрузку [•а потребление и переработку природных ресурсов (а производствен-|аая деятельность в настоящее время ведется нерационально); демо-^ческие проблемы (увеличение численности населения в глобаль-\w масштабе) вызывают обострение проблемы пищевых ресурсов STb и т. п. В массовом сознании людей наиболее очевидна имен-145 экологическая проблема и значительно менее понятны ее корни — 1ческие, социальные и др. как проблемы природопользования в именном масштабе. ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛШЫ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА ОБЩЕСТВО ЧЕЛОВЕК Рис. 86. Схема взаимосвязи человека природы Мы еще раз убеждаемся в неразрывной связи человека с прирюдой. Имеет ли право человек не понимать своей ответственности за характер природополы' зования? Рассмотрим это на примере' взаимодействий в единой цепи (рис. 86). I Подумаем о том, как человек ис-' пользует то, что получил от природы, и проследим его деятельность в основ-* ных звеньях этой цепи. I. Человек получает от природы: • систему жизнеобеспечения: все то, что требуется для его духовного н физического здоровья; • знания о законах природы и ее устройстве: | • ресурсы для природопользования’ для обеспечения жизни общества (он«] могли бы обеспечить разумную, справед*] ливую и счастливую жизнь в обществе).! si Г И. Познав законы природы, человек не] согласовывал с ними свою деятель*^ ность. Человек направил свой разум и научные достижения на создание техногенной цивилизации — «второй природы», мира артефактов. IV. Человек в условиях техногенного мира оказался отчужденным cf. природы — духовно обедненным в биологически неадекватной для не, го окружающей среде. Создалась угроза его выживанию на планете. V. Человек начинает осознавать необходимость духовного возрождении' возврата к первоначальным ценностям (мечта древних о гармонии <\ природой). VI. Человек начинает осознавать необходимость принципиальноп] изменения системы природопользования. Как это воплотить в главна] дело человеческого сообщества? дл^- ^ ::ШРНИЯ ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛ1 г:;Л01:^^ .-.ГОбХО*:' * ‘ СПб/ lT.v ГИ • Единство доброй воли всех жителей планеты в проблеме выжиа ния. Установление мира на Земле, прекращение войн. В случае яде^| ной войны остальные глобальные проблемы решать будет некому. • Прекращение разрушительного действия современного произвсм^] ства на биосферу (потребление ресурсов, загрязнение среды, yни^ жение природных экосистем и биоразнообразия и др.). • Разработка глобальных моделей восстановления природы научно обоснованного природопользования. Конкретные пути для стижения этих целей уже широко обсуждаются учеными. § 73. Глобальные проблемы современности Какими бы совершенными ни были научные разработки уче* ных, в их осуществлении принимает участие каждый житель планеты в соответствии со свободой своего выбора. Возможны бесспорные и альтернативные решения. Например, бесспорно, что ограничить истощение минеральных ресурсов можно заменой их синтетическими материалами. В то же время энергетическое обеспечение не может быть решено столь категорично в связи со многими естественными ограничениями (использовать ли атомную энергию, энергию воды, воздуха, солнца, синтетическую нефть, новые месторождения каменного угля, производить ли синтетическую нефть, горючие газы и др.). I Проследите по схеме взаимосвязи различных глобальных проблем. На примерах выделите начальное звено в этой цепи (решение человека) и завершающее (экологическое). • Разработка безопасных средств для уничтожения ядерного оружия на планете. • Разработка способов биологической защиты растений (одно насекомое поедает личинку другого, вредящего растениям). • Развитие компьютерных технологий, обеспечивающих высокую эффективность труда. • Обеспечение экономического про-(щетания путем снижения производственных затрат за счет повышения еффективности производства, новых экологически безвредных технологий. • Расходование бюджета страны на ^экологические проблемы, на образо- лание и культуру. t Приостановка работы завода для ^строительства высокоэффективных [фистных сооружений, что приведет к уменьшению прибыли. • Разработка новых видов оружия массового уничтожения. • Создание ядохимикатов для использования в сельском хозяйстве. • Разработка программ — носителей вирусов, нарушающих деятельность компьютерной сети. • Обеспечение экологического процветания путем захвата чужих территорий, войн, эксплуатации чужих ресурсов и труда. • Выделение средств национального дохода на поддержание военных союзов различных государств. * Строительство еще одного цеха, работающего по тому же способу, и увеличение прибыли от сбыта продукции завода. 74 ЧЕЛОВЕК КАК КОМПОНЕНТ БИОСФЕРЫ Урок-лекция Жизнь не делится на разум без остатка. И. В. Гете Каким образом биологический вид Homo sspiens нарушал природное равновесие в экосистемах? Какие факторы деятельности человека привели к глобальным нарушениям природных процессов в биосфере? Ключевые Биосферная функция Социальные факто-слова ру эволюции Биосфера (Естествознание. 10 кл., § 36) Человек - хоть будь он трижды гением — Остается мыслящим растением, С ним в родстве деревья и трава. Не стыдитесь этого родства. Вам даны до вашего рождения Сила, стойкость, жизненность растения. С. Я. Маршак. Лирическая эпиграмма Раскройте двойственный смысл человека как мыслящего растения. Как картина К. Маковского «В саду» раскрывает эволюцию взаимоотношений человека и природы? Константин Маковский. В саду МЫСЛЬ и ОБРАЗ м , / , ^ чо:.'- • — • -v - : , :чс: А'* ' С i- ‘ В Как 8ы знаете, популяции разных биологических вида: объединяются в природные системы более высокого ранга — сообщен ства (экосистемы). В них они совместно сосуществуют. взаимодейству?!г друг с другом и с минеральным компонентом среды, обмениваются ве-j ществом, энергией, информацией. При этом каждый биологический вид имеет какую-либо «экологическую специализацию». Так, автотрсн(1ьт производят органическое вещество (продуценты), гетеротрофы щ потребляют (консументы) и т. д. При этом, несмотря на непрерывни' § 74. Человек как компонент биосферы изменения, динамику процессов в жизни экосистемы, в ней поддержи-вается единство трофических структур, видового разнообразия и круговорота веществ внутри системы. Энергетические потоки в экосистемах сбалансированы и строго подчиняются закономерностям расходования и воспроизводства. Вспомним экологическое правило: изменение энергии экосистемы в среднем на 1% выводит систему из состояния равновесия. Прямым следствием этого является закономерное изменение численности особей разных уровней экосистемы и получение энергии на высшем трофическом уровне. «Экологическая специализация» Homo sapiens — гетеротроф. Первоначально эта его функция в экосистеме осуществлялась путем собирательства — поедание плодов, семян, кореньев, различной растительности, мелких животных, птичьих яиц и т. п. Это была трудная жизнь, как и у большинства природных добытчиков пищи. Человек редко был сыт, слабо развивался. Численность его была невелика, как и его ареал. Homo sapiens бесконфликтно вписывался в природную среду и не выходил за рамки естественных систем регуляции в биосфере. Существенное изменение в экологической нише (способе пропитания) человека произошло около 40 тыс. лет назад, когда он изобрел коллективную охоту на крупных животных загонным способом. Загоны, рвзжх)бразные ловушки, сети, природные и сооружаемые ямы, туннели н т. п. сегодня поражают ученых-археологов сложностью и грандиоз-иостью. Ученые отмечают, что всего за несколько десятков тысяч лет ооразительно развились умственные способности людей, благодаря как ьной, калорийной и питательной мясной пище, так и способности к «лаженным коллективным действиям, в которых совершенствовались их анизованность и изобретательность. Непосредственный результат згой деятельности для жизни природы очевиден: крупномасштабное ожение живого вещества биосферы. Свидетельства этих экологических бедствий прошлых времен можно наблюдать и в настоящее время. Например, во Франции имеется глубокий обрыв, посещаемый [Туристами, на дне которого сохранились скелеты лошадей, ставших жертвами загонной охоты наших древних предков. Обратим внимание: эволюция человека была связана не столько с >логическими факторами, сколько с социальными (общественными). Как мы видим, уже первые объединения людей в охотничьи группы, племена и другие сообщества резко усиливали потребление природных ресурсов. В дальнейшем с появлением государства усиливается борьба за природные ресурсы, а она сопровождается крупномасштаб-рм разрушением природной среды. Не будем забывать о том, что в результате ядерной войны наша планета стала бы окончательно непри-щкой для жизни. К социальным факторам эволюции человека относятся многие движущие силы его развития. Укажем важнейшие из них: • объединение в различные группы; • разделение общества на классы; • научно-технический прогресс; • урбанизация; 88 ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА • потребительское мировоззрение общества; • внутригосударственная и международная политика, способная осуществлять природоохранные проекты, влиять не только на жизнь общества, но и на эволюцию его сознания, и т. д. В то же время следует учитывать, что влияние человека на природу может быть и прямое, и косвенное, т. е. опосредованное. Формы его многообразны, поскольку каж- т Взаимоотношения человеческого общества и природы порождены социальной жизнью людей. Основное противоречие во взаимодействии человека и природы заключается в том, что биологический вид Homo sapiens вышел за пределы своей экологической ниши, стал сулергетеротрофом, потребляющим природные ресурсы значительно большие, чем определено законами существования экосистем. В новый гюртфврь дый человек является природо-пользователем. Не будем забывать, что биосфера — это глобальная экосистема. Основу ее стабильности, как и любой экосистемы, определяет исполнение закона распределения потока вещества и энергии по трофическим уровням. Согласно этому закону на долю консументов высшего трофического уровня приходится только 1% от той энер- гии, которая была накоплена первичными продуцентами — растениями. Человек вместе со всеми домашними животными стоит на вершине трофической пирамиды, а следовательно, и потреблять он должен менее 1% продукции биосферы. Французский ученый Пьер Тейяр де Шарден называл человеке эпохи бурно начавшейся НТР «новым видом животного». Планетарное влияние деятельности человека на жизнь биосферы В. И. Вернадский обосновывал как закономерный зтап развития т-вого вещества. При этом Вернадский говорил о «человечестве, взятом в целом». Таким образом, ответственность за биосферную функцию|1 эволюции Homo sapiens лежит на человечестве и эта функция его/ Разума — сохранение жизни на Земле. 4 /.I -у ' > Биосфера, в условиях которой около 200 тыс. лет назад появился чело- век разумный, формировалась в масштабе геологической истории Зем ли в течение длительного времени. Условия, в которых смог существовать человек, создавались формированием современного состава атмосферы и вод Мирового океана. Глобальное разрушение среды обитания человека произошло с появлением НТР начиная с 50-х гг. XX в. | > Как вы думаете, может ли существовать биосфера Земли без нашего биологического вида Homo sapien$7 Как развивались бы биосферные процессы в таком случае? i Каким, по вашему мнению, историческим отрезком времени должен располагать человек, чтобы «вылечить» биосферу от последствий своей разрушительной деятельности? 1 75 ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА Урок-лекция организм без внешней среды, поддерживающей его существование, невозможен... И. М. Сеченов Что такое экологическая проблема? В чем заключается антропогенное воздействие на природу? Какие меры могут помочь предотвратить надвигающуюся экологическую катастрофу? Ключевые Экология Экосистема Экологи-слова ческая проблема Экологический кризис Экологическая катастрофа Экологическое образование и просвещение Правила поведения в природе (Биология, 6—7 кл.). Географическая оболочка Земли и взаимосвязь ее компонентов (География. 6 кл.). Человек и окружающая среда, зависимость здоровья человека от ее состояния (Биология. 8 кл.). Взаимоотношения организмов и окружающей среды (Биология, 9 кл.). Природопользование и геоэкология (География, 8 кл.; Естествознание, 10 кл., § 33—35, 37. 75—78). Г Тихая моя родина! Ивы, река, соловьи... Купол церковной обители Яркой травою зарос. Там. где я плавал за рыбами, Сено гребут в сеновал: Между речными изгибами вырыли люди канал. Тина теперь и болотина Там. где купаться любил... Тихая моя родина. Я ничего не забыл. Н. Рубцов. Ти)(ая моя родина Давид Бурлюк. Лодка у берега о чем заставляет задуматься стихотворение? Какие мысли навевает пейзаж? МЫСЛЬ и ОБРАЗ jSq 90 БОГЕСШЕНМЕ НЖСИ И ГПОБАЛ&КЖ ПРОБЛЕМЫ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА ПОНЯТИЕ ОБ ЭКОЛОГИИ И ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ПРОБЛЕМЕ. Термин экология (от Греч, oikos — жилище, местообитание) был предложен в 1866 г. немецким естествоиспытателем Э. Геккелем для обозначения науки, изучающей взаимоотношения организмов между собой и с окружающей средой. Иначе говоря, экология — это наука о «доме». По мере проникновения в биологию Вспомним, что экосистемы и биосфера в целом являются высшим уровнем организации живого на нашей планете. Они способны к самосохранению за счет поддержания своего видового состава и воспроизведения связей между отдельными видами, т. е. к саморегуляции. Благодаря способности к саморегуляции. а также к самоочищению и самовосстановлению экосистемы и биосфера могут выдерживать значительные антропогенные (от греч. antropcs — человек и genesis — происхождение) нагрузки. Одоако эти возможности не безграничны. системных идей и развития представлений об уровнях организации живого «центр тяжести» 8 экологии стал смещаться от исследования особей к изучению их популяций и более сложных систем — экосистем и биосферы. Усиление системных представ лений в экологии совпало с постепенным осознанием человечест вом ошибочности стратегии по требительского поведения в при роде, выбранных им подходов к добыче, переработке и использованию природных ресурсов. Обострение взаимоотношений в системе «природа — общество» заставило людей очнуться от «технологической эйфории» XX в., приведшей к возникновению и резкому обострению в последние годы целого комплекса глобальных экологических проблем. В основе экологических проблем лежит стихийная деятельность человека, связанная с бездумной вырубкой лесов, истреблением животных, загрязнением природной среды бытовыми, промышленными и иными отходами и т. л. В результате гибнут экосистемы, устойчивость которых во многом определяется их биологическим разнообразием (биоразнообразием). Его составляют миллионы видов животных, растений и микроорганизмов, каждый из которых играет в биосфере строго определенную роль. По оценке экспертов, темпы вымирания земной флоры и фауны ускорились за последнее время примерно в тысячу раз по сравнению с «нормальным» уровнем доисторических времен. В результате от 10 до 30% всех видов млекопитающих, птиц и земноводных находятся под угрозой исчезновения. Такая ситуация не может не волновать человечество. Человек такжг представляет собой биологический вид, который сформировался в современной биосфере и только в ней и может существовать. Разрушав окружающую среду, человек тем Экологическая проблема — это любые явления, связанные с заметными воздействиями человека на природу, с обратными влияниями природы на человека и его экономику, с жизненно и хозяйственно значимыми процессами, обусловленными естественными причинами. самым наносит удар и по самом) себе, поскольку крах современно|| биосферы означает и гибель чело-] вечества. Поэтому задача поддер-1 жания биосферы в приемлемом] для жизни состоянии, несомненна] является приоритетной для че/ вечества. i § 75. Экологическая проблема j Перечислите экологические проблемы современности и дайте им краткую характеристику. 6 чем особенности современного экологического кризиса? Сформулируйте его основные черты. ► На примере одной из экосистем (лес. озеро и т. д.) раскройте роль и взаимосвязь продуцентов, консументов и редуцентов в круговороте химических элементов и энергии. К каким последствиям может привести выпадение из круговорота какого-либо звена? 94 ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ЕГО ПОСЛЕДСТВИЯ Урок‘КОнференция Человеческому уму время — учитель. Русская послови1^ Из старого портфеля Какие последствия загрязнения окружающей среды можно предвидеть? С чем они связаны? Биосфера (Естествознание, 10 кл.. § 36). Осознать антропогенную деятельность человека кЗ( не согласованную с природными процессами. ШШЙШШШШШМ 1. Использование ископаемого топлива и проблема загрязнения окружающей среды. 2. Проблемы использования минерального сырья. 3. Контроль за состоянием окружающей среды. Необходимые источники информации 1. Яншин А. Н. Опасен ли парниковый эффект // Наука и жизнь.| 1989. — № 12. - С. 22-25. 2. Ижевский П. Экологическая опасность планеты и энергетический] кризис // ОБЖ. — 2005. — № 1. — С. 57—59. 3. Расторгуев В. Н. Болевые точки планеты // Экология и жизнь.-| 2001. - N? 6. - С. 6-9. 4. Я б л о к о в А. В. Экология России: состояние и перспективы // Биоло*| ГИЯ в школе. — 2005. — № 8. — С. 5—12. 5. Скурлатов Ю. И. Немного солнца на водопроводной воде // Экоп^| гия и жизнь. — 2002. — № 2. — С. 24—28. 6. С т е п а н о в В. Н. Отравление планеты химикатами и возможные nynj предотвращения глобальной катастрофы // География в школе. -J 1993. - № 6. - С. 3-6. 7. Сибириков С. Г. Химические реакции образования и разрушенм] озона в атмосфере // Химия в школе. — 2005. — № 8. — С. 5—7. СООБЩЕНИе 1 проблемы использования ископаемого топлива »| влияние его сжигания на состояние атмосферы. Исходя из того, что энергетической основой совре-! менной цивилизации является сжигание ископаемого топлива (нефт»| природного газа, каменного угля), обсудите проблему его сжигания!|| глобальном масштабе. Сжигание топлива — это двусторонний прощ Он связан не только с поступлением углекислого газа в атмосферу, и с потреблением из нее свободного кислорода. § 76. Загрязнение окружающей среды и его последствия Можно ли оценить антропогенное изменение количества углекислого газа и кислорода в атмосфере, исходя из соотношения углерода и |хислорода в химической реакции горения? Подсказка: тщательно [проанализируйте схемы круговоротов углерода и кислорода. Установи-ire, от каких звеньев этих круговоротов зависит влияние сжигания |органического топлива на состав атмосферы. 95 ЮОБЩЕНИЕ 2 Парниковый эффект: сущность явления, его реальные последствия и возможность влияния человека на этот процесс. Обсудите сущность явления и укажите газы, наряду с углекислым газом вызывающие этот эффект. Соберите сведения о влиянии парни-гового эффекта на потепление климата планеты. Учтите, что эти сведения неоднозначны и являются предметом дискуссий ученых. ООБЩЕНИЕ 3 Проблемы использования минерального сырья и влияние этого фактора на состояние биосферы (2—3 выступления). Обратите внимание на то, что деятельность человека часто корен-|ным образом меняет направленность природных биогеохимических 1КЛ0В. Современная промышленность удобрений фиксирует азот госферы и возвращает его в почвы в размерах, превышающих )логическую фиксацию. Железо, марганец, медь извлекаются из удных месторождений и поступают в циклы биосферы. Рассеянные в следов ртуть, свинец, кадмий добываются, концентрируются и почаются в больших количествах в атмосферу. Это сопровождается >гократным включением их в биологические процессы пресных вод, растительного покрова, животного и микробного мира, вызывает 1ьную «металлизацию» биосферы. 1иде ООБЩЕНИЕ 4 Проблемы экологического мониторинга. Правовые основы охраны природы. Соберите материал по средствам медико-биологи-кого контроля за загрязнением воздуха, воды, почвы, а также йте, какие средства правового законодательства направлены на ту окружающей среды. ОДВеДЕИИЕ 'ТОТОВ круговороты элементов в системе «атмосфера — суша — живое вещество — океан» в последние 30— ;50 лет осложнились. Тяжелые металлы, фтор, хлор, оксиды углерода, ы, азота, колоссальные объемы золы, пыли и т. д. включились в овороты в количествах, сходных с установившимися в природе ичествами или превышающих их. Число вовлекаемых в технику и 1Тветственно в биогеохимический круговорот элементов значитель-выросло. и и ГЛ0Ы^Ь>*1Б ПРОБЛЕМЫ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА 77 НАРУШЕНИЯ ГЛОБАЛЬНЫХ КРУГОВОРОТОВ В БИОСФЕРЕ Урок-лекция Все в мире цепью связано единой. Все включено в один круговорот. Л. Кунин В чем заключается биологический смысл круговоротов веществ в биосфере? Каковы особенности природных круговоротов веществ? Почему деятельность человека на Земле (антропогенное воздействие) нарушает глобальные круговороты в биосфере? Ночь, улица, фонарь, аптека. Бессмысленный и тусклый свет, Живи еще хоть четверть века — Все будет так. Исхода нет. Умрешь — начнешь опять сначала, И повторится все, как встарь: Ночь, ледяная рябь канала, Аптека, улица, фонарь. В «Страшном мире» А. Блоком утверждается идея «дурной бесконечности». Гипербола «Умрешь — начнешь опять сначала» говорит о безысходности рокового круговорота жизни. Соотнесите жизненный круговорот, описанный Блоком, и круговорот веществ и энергии. МЫСЛЬ и ОБРАЗ Ключевые организованность биосферы Биослова химические процессы Биосфера (Естествознание, 10 кл.. § 36). )В( i ^ fO'' Как известно, основу процессов жизнедеятельности организма составляет обмен веществ и связанные с ним превращения энергии, совершающиеся между организмом и окружающей средой. На молекулярном уровне эти процессы представляют собой строго согласованные химические реак ции и соответствующие им превращеню энергии. Эти потоки вещества и энергии составляют молекулярную основу целостност организма и в то же время обеспечивают устойчивое существование единой систем «организм — среда». Обмен веществ и превращения энергии i организме представляют собой частный случай проявления общей особенности «устройства» всех природных систем. Как вы уже знаете, жизнь на нашей плане- I. ! I I те существует в форме биосферы. Биосфер|| представляет собой глобальную экосистему. Следовательно, на моле-1 кулярном уровне организованности (т. е. структурно-функциональнсй] упорядоченности) биосферы связь и взаимодействие всех ее KOMno-l нентов также осуществляется единым потоком веществ и энергии. 0| существует в форме глобального круговорота и обеспечивает едино и устойчивое состояние всей живой оболочки Земли. В этом и состс § 77. Нарушения глобальных круговоротов в биосфере логическое значение круго-)та как способа матери-ю-энергетического обеспечения жизни на планете. В самом общем виде гло-1ьный круговорот можно вставить как поток атомов: ^вращение минеральных ве-;т8 (геохимическая форма явования химических эле-|ментов) в органические (биохимическая форма) с последую-[ией минерализацией органи-жих веществ: © круговорот вещества представляет собой многократное (повторяющееся) использование вещества в образовании природных систем. Именно это В. И. Вернадский считал важнейшей особенностью биосферы. Химические элементы извлекаются из окружающей среды, входят в состав живого и возвращаются в окружающую среду для повторного использования. Распад органических веществ служит источником энергии для процессов жизнедеятельности. «Прекрасна мудрость Бытия — Все новое в ней шьется из старья». В. Шекспир. Гамлет Минеральные вещества фотосинтез Органические вещества (геохимическая форма хемосинтез (биохимическая форма Чествования химических существования химических элементов) элементов) ОСОБЕ': :НОСГ: КРУГОВОРОТА ВЬЩЕСТВ • Круговорот веществ — это непрерывный процесс вовлечения хи-жих элементов в состав и структуру живого и преобразование их {минеральные вещества, охватывающий всю биосферу. • Круговороты веществ неразрывно связаны с превращением энер-|гми в них. Биосфера — открытая система со своим «входом» и (ОДОМ» вещества и энергии. «Выходом» вещества являются ми-1ьные отложения, а энергия, участвовавшая в процессах кругово-[рота веществ, в виде тепловой энергии рассеивается с поверхности 1и, Энергия не совершает круговорота, в отличие от круговорота песте. • Круговороты носят почти замкнутый характер (циклы воспроиз-чтся на 90—98%). В масштабах геологического времени это су-гвенно влияет на состав земной коры и оболочек Земли, поэтому 5менный глобальный круговорот является результатом длительной )ции Земли. • Главный источник преобразования вещества и поддержания его )ворота — это совокупное действие живых организмов («живое :тво» по терминологии Вернадского). • Поддержание круговорота живым веществом планеты обеспечива-его динамическое равновесие и постоянство состава атмосферы, ^ичecкиx вод и других компонентов биосферы. • Круговороты различных химических элементов взаимосвязаны и зляют единый биогеохимический глобальный круговорот. ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА ■■4! ; ;^v ^ г -‘*л- к \< ■ J в настоящее время ежегодно из недр извлекается 1100 млн т железной руды. 10 млн т меди, 18 тыс. т серебра, 2500 т золота. ПОЧЕМУ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ЧЕЛОВЕКА ВЫЗЫВАЕТ НАРУШЕНИЕ ГЛОБАЛЬНЫХ КРУГОВОРОТОВ ВЕЩЕСТВ Деятельность человека всегда была связана с потреблением тех или иных ресурсов природы и их преобразованием. Однако в XX в. масштабы и характер использования природных ресурсов достигли невиданных ра* нее негативных последствий для биосферы. С момента применения человеком огня для приготовления пищи и обогрева жилищ, а впоследствии для выплавки металлов и обжига глины началось и все возрастало потребление органического вещества, произведенного древесной растительностью. Человек начал вмешиваться в природный круговорот углерода. Вырубались леса, изменялся тип растительности, т. е. уменьшалась интенсивность процесса фотосинтеза. Однако в течение длительного времени это не отражалось на общем балансе углерода в природных циклах. В то же время при сжигании древесных масс укорачивается цикл и увеличивается с/со-рость круговорота углерода, лишается пищи ббльшая масса представителей многообразных пищевых цепей. При уничтожении огромных массивов леса увеличивается поверхностный сток вод и эрозия почвы, уменьшается первичная продукция растений, т. е. уменьшается количество поглощаемого ими углекислого газа при фотосинтезе. Воздействие на круговорот углерода резко выросло с использованием ископаемого топлива. Что представляет собой ископаемое топливо? Это остатки древней жизни, органическое вещество, которое было синтезировано миллионы лет назад за счет углекислого газа былых биосфер. Сжигая миллионы тонн торфа, угля, нефти, сланцев, мы вводим Кораллы Моллюски Простейшие Рис. 89. Круговорот углерода ш § 77. Нарушения глобальных круговоротов в биосфере в биосферу тот углерод, который не произведен дыханием современных живых организмов, т. е. в атмосфере появляется углекислый газ не (природного, а антропогенного происхождения (рис. 89). (Количество углекислого газа в атмосфере за последние 650 тыс. лет выросло на 30%. В настоящее время широко обсуждается вопрос о негативных влияниях углекислого газа на климат биосферы (так называемый парниковый эффект). Однако следует учесть, что ископаемое топливо — это не только углерод; в его составе имеются азот, сера, многие другие химические элементы. При сжигании они образуют оксиды, которые дополнительно усиливают антропогенное воздействие ю биосферу. Обратим внимание, что сжигание топлива — это двусторонний процесс, он связан с непрерывным потреблением свободного тслорода. Следовательно, в настоящее время наземная биота компенсирует лишь около 13% антропогенного потребления кислорода, связанного со сжиганием топлива. В результате идет постоянное сниже-|«е запасов атмосферного кислорода. Тем не менее в относительном выражении это снижение кислорода крайне незначительно из-за большого запаса молекулярного кислорода атмосферы (1 184 000 Гт О2). Даже при современном расходовании его снижение на 1% произойдет, по подсчетам ученых, лишь через 600 лет. Вместе с тем антропогенное воздействие на концентрации тех тазов, которые содержатся в атмосфере в малых количествах (углекис-1ЫЙ газ, метан, оксиды азота и др.), несравнимо значительнее. ельность человека нарушает природные круговороты вследствие того, что: • вовлекает в круговорот те формы соединений, которые не участвовали в при-1ЫХ циклах: • вызывает изменение не в одном, а во многих звеньях круговоротов, поскольку они сопряжены и согласованы в природных процессах: • масштабы деятельности человека охватывают всю биосферу Земли, продолжают вызывать все большие изменения. В новый портфель к Существует принципиальное различие роли океана и суши в регулировании атмосферных концентраций углекислого газа и кислорода. Укажите, в чем заключается это различие. Объясните и охарактеризуйте те изменения в биосфере, которые возникают в результате антропогенного воздействия на глобальные круговороты веществ. ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА п 78 ПРОБЛЕМЫ НАУЧНО ОБОСНОВАННОГО ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ Урок-семинар Природа не знает никаких прав ~ ей известны только законы. Дж. Адамс Каким образом можно согласовать де* ятельность человека на Земле с законами природы? биосфера (Естествознание. 10 кл., § 36; 11 кл.. § 77). ЦЕЛЬ СЕМИНАРА Осознать необходимость прекращения антропогенного разрушения природы. Обсуди^ть возможные пути установления научно обоснованного природопользования. ПЛАН СЕМИНАРА 1. Биосфера — это глобальная экосистема, а человек — ее компонент, подчиняющийся общим законам природы. 2. Современное состояние биосферы — результат деятельности человека, не согласованной с законами природы. 3. Научно обоснованное природопользование: смысл, условия, пути решения. Необходимые источники информации | 1. Рыжов И. Н. Городская среда в зеркале школьного мониторинга// География в школе. — 1998. — № 3. — С. 52—56. 2. Ижевский П. Экологическая безопасность планеты и энергетический кризис // ОБЖ. — 2005. — № 1. — С. 57—59. 3. Розанов Л. Л. Воздействие человека на атмосферу // География! школе. — 2005. - № 1. - С. 3-7. 4. Расторгуев В. Н. Болевые точки планеты // Экология и жизнь.- 2001. — № 6. - С. 6-9. 5. Я б л о к о в А. В. Экология России: состояние и перспективы // Биология в школе. — 2005. — № 8. — С. 5—12. 6. Степанов В. К. О стратегии сохранения биологического разнообразия в России // Биология в школе. — 1998. — № 6. — С. 13. «Есть такое твердое правило. Встал поутру, умылся, привел себя в порядок — и сразу же приведи а порядок свою планету». Это слова Маленького принца из притчи А. Сент-Экзюпери. В чем непреходящее значение это-го «твердого правила»? мысль и ОБРАЗ i I § 78. Проблемы научно обоснованного природопользования Почему человек — дитя биосферы — стал ее разрушителем? Обратите внимание на то, что человек как биологический вид вышел за пределы своей экологической ниши. Человече- ство 8 целом развивалось как общество интенсивного технического прогресса и потребления природных ресурсов. При этом не учитывались взаимосвязи всех компонентов биосферы, что привело к количественным и качественным сдвигам в исторически сложившихся природных процессах. В этом причина разрушения природной среды обитания человека. ТЕМА ДЛЯ ОБСУЖДЕНИЯ 2 Что можно считать научно обоснованным природопользованием? Научно обоснованное природопользование должно вписываться в природные процессы, не нарушая законов их функционирования. Английский философ Роджер Бэкон писал: «Спрашивайте природу, она хранит все истины и на все вопросы ваши будет отвечать вам непременно и удовлетворительно». Каковы пути организации рационального природопользования? ОБСУДИТЕ ВОПРОСЫ • Как можно восстановить биоразнообразие в природе? Способствует ли оно устойчивости биосферы? • Как можно изменить использование энергетических ресурсов? {Учтите, что запасы органического топлива очень велики; считается, что разведано всего 25% их количества.) • Каким должно быть экологически безопасное промышленное производство? • Почему все люди планеты должны осознать необходимость научно обоснованного природопользования? Обдумайте, в каких видах деятельности по «излечению» биосферы Земли возможно ваше личное участие и участие ваших друзей. ^ Примите во внимание интернациональный девиз «Мыслить глобаль-^ но, действовать локально». Человек как биологический вид подчиняется законам существования биосферы (глобальной экосистемы). Человечество в целом в результате развития техногенной цивилизации разрушает среду своего обитания. Это может быть причиной мановения человека как биологического вида. j Человек способен осознать необходимость научно обоснованного жродопользования. Поэтому нужно стремиться к тому, чтобы изме-|ть природопользование и сохранить жизнь на Земле. 0 '.j ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА ГЛОБАЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА И ИХ ПОСЛЕДСТВИЯ ДЛЯ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА Урок-лекция при рассмотрении прирюды надо Всегда смотреть на одно, как на все. И. В. Гете Ключевые слова Как менялся климат в истории Зем> ли? Каковы современные тенденции в изменении климата и чем они обусловлены? Что такое парниковый эффект и как он влияет на климат? Климат • Ледники • Вечная мерзлота • Электромагнитный спектр • Инфракрасное излучение • Солнечная система • Мировой океан • Углекислый газ • Парниковый эффект ♦ Киотский протокол и, 1*1Ш**_ Климат, его изменения. География (6 кл.). Электромагнитные явления. оптика (Физика. 9 кл.). Основы экологии (Биология. 9 кл.; Естествознание. 10 кл., § 33—35. 37, 75-78). Хоан Миро. Вспаханное поле Алексей Саврасов. Пейзаж с рыбаком Сопоставьте картину художника-реалиста А. Саораоова и картину X. Миро, художника сюрреалиста. Какие глобальные изменения внес сюрреализм в поэтику пейзажа? Почему в XIX—XX вв. художники вновь обратились к методу реалистического изображения природы? МЫСЛЬ и ОБРАЗ } ш Рис. 90. Температурные аномалии за 140 лет (за нулевой уровень принято среднее значение температур за 1961—1990 гг.) На протяжении истории Земли климат менялся неоднократно — теплые периоды перемежались с холодными (ледниковыми), когда значительную часть поверхности планеты покрывал лед. Подобные колебания палеоклимата связывают как с космическими факторами (циклические изменения активности Солнца, параметров орбиты Земли и др.), так и с некоторыми процессами, происходящими на самой планете (перемещения земной коры, горообразование, изменения магнитного поля, |состава атмосферы и др.). Еще 18 тыс. лет назад, во время последнего оледенения, льдом было покрыто почти 30% суши. Примерно 8— 10 тыс. лет назад климат стал более теплым, наступило межледниковое время, в котором мы сейчас и живем. В нем тоже происходило |^'юредование более теплых и более холодных периодов. Продолжительное похолодание наблюдалось в так называемый малый ледниковый |';период (1450—1850). Его опять сменило потепление, вслед за которым Щ^педует ожидать появление новой холодной фазы. Однако, по мнению ряда ученых, развитие человечества может внести в этот сценарий |.С80и коррективы. '|ОвРЕМ£ННЬ/Е ТЕНДЕНЦИИ ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА Начавшееся пос-1 не малого ледникового периода потепление не только не ослабевает, 1». наоборот, нарастает. За последнее столетие температура в приземном слое увеличилась на 0.8 ®С, причем прирост в 0,6 ®С произошел 8 последние 30 лет (рис. 90). Много это или мало? Повышение темпуры менее чем на один градус кажется малозначимым, особенно если учитывать, что в ледниковые периоды температура падала на десятки градусов. Но ледниковые периоды наступали и отступали в масштабе тысячелетий, а здесь мы имеем дело с десятками лет. Повышение шературы на 2—3 °С приведет, как полагают эксперты, к глобальным (матическим изменениям, последствия которых будут не менее 1ТИЧНЫМИ, чем от наступления ледникового периода. Между тем 20t0 - 20Э0 2040 - 2000 2070 - 2060 •-V' 'Jf Vi5ri);gi Рис. 91. Прогнозируемые границы распространения морского льда в Арктике в XXI в. {расчет сделан на сентябрь) многие современные климатические прогнозы предполагают дальнейшее повышение температуры, причем по разным сценариям к концу XXI в следует ожидать прирост от 1 до 6 °С. Сильнее всего за последние полвека потепление отразилось на климате Северной Европы, Сибири, Аляски и в меньшей степени Антарктиды. Уже сейчас это начинает сказываться: уменьшается площадь, покрытая льдом, в Северном Ледовитом океане, происходит таяние ледников Гренландии и Антарктиды. Прогнозируется, что к концу XXI в. арктический морской лед летом будет полностью исчезать (рис. 91) Однако наибольшие опасения вызывает таяние огромного ледникового щита Гренландии. Отдельная проблема — вызванное глобальным потеплением таяние вечной мерзлоты в Сибири и в Северной Америке. При этом пострадают строения, нефте- и газопроводы, дороги. Кроме того, усилится Морской лед и так уже занимает в океане столько ^ места, сколько и вода, которая из него получится. А вот если растопить лед на суше, то уровень океана повысится. Величина этого повышения обсуждается. По самым реалистичным оценкам она составит 10—90 см за XXI в., но по некоторым прогнозам может достичь и 7 м. Последствия такого повышения уровня Мирового океана будут катастрофичными для низменных районов суши, таких, 9 как Бангладеш, Флорида и Луизиана в США, ост- б рова Маршалловы, Тонга, Микронезия, Антигуа. Jr Мальдивские острова и др. Под угрозой затопле- г- П ния окажутся Бангкок, Бомбей, Калькутта, Санкт-Петербург в России и др. || выделение в атмосферу углекислого газа и метана вследствие разложения органического вещества, законсервированного в вечной мерзлоте. Это усилит парниковый эффект (см. ниже). Потепление окажет значи-. тельное влияние на живое населе-! ние, предсказать последствия которого трудно. Ясно, что леса, вытесняя тундру, продвинутся дальше на север. Нарушатся миграции животных и птиц, которые населяют арктические и субарктические районы либо используют их в летние месяцы как места для размножения и откорма. Ожидается продвижение на § 79. Глобальные изменения климата и их последствия для человечества север теплолюбивых видов растений и животных, вселение которых мо> жет привести к значимым перестройкам 8 существующих здесь экосистемах. Нельзя не отметить, что глобальное потепление будет иметь и некоторый положительный эффект: станет возможным прямое прохождение судов Северным морским путем, значительно облегчится добыча нефти и газа на шельфе арктических морей, увеличится зона, пригодная для земледелия. Но коренная перестройка биосферы, связанная с глобальным потеплением, несомненно, пагубно отразится на человечестве. Если факт потепления современного климата сомнений не вызывает. Один из сценариев последствий глобального потепления предполагает изменение структуры океанических течений, так называемого «великого океанического конвейера» (рис. 92). Теплые воды тропических широт поступают по поверхности океана в Северную Атлантику и в Южный океан, где остывают, становятся более плотными и погружаются на глубину. Эти холодные водные массы движутся в обратном направлении в составе глубинных холодных течений и выходят на поверхность в северной части Тихого и Индийского океанов. Потепление в северных широтах может привести к замедлению «великого океанического конвейера», в том числе вызвать замедление или даже остановку Северо-Атлантического течения, которое оказывает отепляющее влияние на климат Европы. Если такое случится, то на северо-западе Европы похолодает примерно на 6—10*С. то долговременный прогноз глобального потепления оспаривается многими учеными. Главный аргумент заключается в том. что климат испытывает циклические колебания (о чем шла речь в начале параграфа), причем в краткосрочной перспективе наиболее значим 60-летний цикл. Это природные циклы, которые связаны с циклическими изменениями солнечной радиации и сол- Рис. 92. Прогнозируемое изменение структуры океанических течений 106 ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА В настоящее время имеет место потепление климата. Если такая тенденция получит дальнейшее развитие, то это может привести к существенным неблагоприятным последствиям для человечества и биосферы в целом. Однозначного прогноза изменений климата в ближайшем будущем нет. В новый портфель нечной активности. В соответствии с этими прогнозами сегодняшнее потепление в самом скором будущем сменится похолоданием, а к 30—40-м гг. XXI в. в Арктике увеличится площадь морских льдов. ИЗМЕНЕНИЕ КЛИМАТА И ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ЧЕЛОВЕКА Итак, уже в историческое время потепление климата случалось неоднократно. Однако в современном потеплении настораживает его необычайно высокая интенсивность, особенно с 1985 г. (см. рис. 90). Многие ученые связывают это с последствиями деятельности человека, которая привела к повышению концентрации СОг в атмосфере. Последнее определяется в основном выбросами в атмосферу продуктов сжигания ископаемого топлива, а также со сведением лесов (вспомним, что растения в ходе темновой фазы фотосинтеза поглощают COj). Углекислый же газ наряду с парами воды и некоторыми другими газами (СН4 N2O, SO2 и др.) ответствен за так называ- Парниковый эффект назван так по аналогии с парником. Роль стекла играет атмосфера. Солнечная радиация свободно проходит через нее и поглощается всеми объектами на поверхности Земли. Излучается же ими энергия в инфракрасном (тепловом) диапазоне. Молекулы парниковых газов (важнейшие из них — углекислый газ и пары воды) в атмосфере поглощают инфракрасное излучение и могут излучать поглощенную энергию как в сторону космоса, так и внутрь, т. е. обратно к поверхности Земли. Без парникового эффекта средняя температура поверхности составляла бы -20 океаны давно бы замерзли и жизнь была бы невозможна. Парниковый эффект характерен не только для Земли. Из планет Солнечной системы он наиболее проявляется на Венере, где атмосфера почти целиком состоит из углекислого газа, и в результате поверхность планеты разогрета до 475 ®С. емый парниковый эффект, благодаря которому поверхность планеты нагревается до положительных температур. Поэтому рост концентрации СО2 в атмосфере ведет к интенсификации парникового эффекта и определяет таким образом глобальное потепление. Подобный вывод не всем кажется правомочным. Современное ежегодное поступление СО2 в атмосферу 8 результате человеческой деятельности оценивается примерно в 6 млрд т, что составляет только 4% от суммарного годового истечения этого газа с суши и поверхности океана. Целый ряд ученых считают, что этого количества явно недостаточно, чтобы оказать существенное влияние на климат. Таким образом, как и в случае прогноза климата будущего, ясности в вопросе о влиянии роста концентрации СО2 на глобальный климат нет. Необычайная сложность протекающих в атмосфере процессов не пизвилне! пока чю однозначно их моделирова1ь и iipoi нозироьать (вспомним, что даже прогнозы погоды остаются еще ненадежными). В то же время вопросы изменения климата напрямую связаны с существованием человечества. Поэтому неудивительны ни тот интерес, ни та озабоченность, которые вызывает в обществе эта проблема. I § 79. Глобальные изменения климата и их последствия : для человечества Л"'Ли 107' В 1997 г. в Киото представителями 160 стран был составлен документ (Киотский протокол), призывающий развитые страны сократить выброс в атмосферу углекислого газа, метана и некоторых других парниковых га* зов. При всей неоднозначности ряда формулировок Киотского протокола это важный шаг на пути выработки взвешенной экологической политики в мировом масштабе. Даже если окажется, что техногенный выброс COj значимо не влияет на глобальные изменения климата, то ужесточение требований к очистке газообразных выбросов предприятий, несомненно, будет способствовать оздоровлению локальной экологической ситуации. Сложности с ратификацией Киотского протокола связаны с неравномерным распределением бремени при его реализации для разных стран. В зависимости от площади страны и объемов выбросов парниковых газов для каждой страны-участницы устанавливается норма выбросов — квота. Если объем квоты превышен, то необходимо либо сократить выбросы, либо выкупить часть квоты у стран, которые ее недоиспользуют. Подобное распределение особенно сильно затрагивает США, на долю которых приходится 24% от мирового выброса СО2 в атмосферу. В> то же время такие страны, как Китай и Индия, суммарно обеспечивающие около 20% мирового выброса COj. признаны развивающимися и не подпадают под действие Киотского протокола. Россия, доля которой в мировом выбросе СО2 составляет 6%. находится в пределах своей квоты. Парниковый эффект определяется присутствием в атмосфере Земли паров воды, углекислого газа, метана и других парниковых газов. 8 настоящее время нельзя считать доказанным прямое влияние техногенных выбросов в атмосферу углекислого газа на глобальное потепление климата. В новый портфель > Какие изменения климата имели место на протяжении истории Земли? > Каковы климатические особенности нашего времени? > Каковы могут быть последствия глобального потепления? > Какие аргументы выдвигают сторонники и противники гипотезы о дальнейшем потеплении климата? > Что такое парниковый эффект? > Каким образом человеческая деятельность может повлиять на климат? > f: —' ■ УКИ и ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЧЕЛОВЕЧЕетВА 80 ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ КАТАСТРОФЫ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЭКСПЕРТИЗА I Урок-лекция Каковы причины экологических катастроф? Почему необходим научный анализ причин природных катастроф? Как решается проблема озоновых дыр? Что такое экологическая экспертиза? Петр Петровичев. Цветущие вишни «Приходите все смотреть, как Ермолай Лопахин хватит топором по вишневому саду, как упадут на землю деревья. Настроим дач, и наши внуки и правнуки увидят новую жизнь». А. П. Чехов. Вишневый сад Как вы думаете, почему именно стремление к прогрессу приближает мир к экологической катастрофе? ель и ОБРАЗ Какие любопытные подходы У вас, чертей, во взглядах на прирюду. И. в. Гете Ключевые слова Экосистема • Биосфера • Экологическая катастрофа • Трофические цепи Планктон • Морские птицы • Озон • Атмосфера * Стратосфера • Ультрафиолетовое излучение Экологическая экспертиза Из CTSpom ЛОр®фв/7Я Основы экологии (Биология, 9 кл.; Естествознание, 10 кл., § 33—35, 37; 11 кл. § 75—78). Катализаторы. Галогены. Озон (Химия, 8—9 кл.). Атмосфера. Стратосфера (География, 6 кл.). Для преодоления кризиса во взаимоотношениях Человека и Природы необходимо четко оценивать антропогенный вклад в наблюдающиеся изменения экологической обстановки. Это не всегда просто, в чем нас убеждает материал предыдущего параграфа о глобальном изменении климата. Мы с уверенностью можем говорить о причинах, когда происходит извержение вулкана или землетрясение, порождающее волну цунами. Или же, наоборот, в случав техногенной катастрофы — разлив нефти, аварийный выброс в атмосферу или в водоемы ядовитых соединений, утечка радиации и т. п. Однако причины экологических катастроф и менее масштабных экологических событий не всегда лежат на поверхности. ПОЧЕМУ ГИБНУТ МОРСКИЕ 41; :^ . Рассмотрим два примера. На прилежащих к Чили и Перу островах в массе гнездятся морские птицы (бакланы, олуши, пеликаны и др.). Накопившийся за многие тысячелетия помет этих птиц образует мощные толщи — гуано, которое считается луч- I § 80. Экологические катастрофы и экологическая экспертиза шим из естественных удобрений. Основа питания морских птиц — мелкие рыбки анчоусы, которые образуют плотные косяки и держатся в прибрежных водах. Их привлекает сюда обилие кормов — мелких планктонных животных (зоопланктон), которые питаются микрюскопическими водорослями (фитопланктон), образующими здесь настоящие морюкие пастбища. Это возможно из-за особой структуры течений в прибрежных районах Чили и Перу, благодаря которой на поверхность океана здесь выходят глубинные воды, богатые минеральными веществами. Они-то и стимулируют рост растительных организмов. Однако раз в несколько лет картина резко меняется вследствие периодически повторяюидихся естественных изменений в системе «океан — атмосфера». Явление это получило название Эль-Ниньо (в переводе с испанского — младенец Христос), поскольку наступает обычно под Рождество. В это время меняются структуры течений, ослабевает вынос в поверхностные воды минеральных веществ. Это ведет к оскудению прибрежных морских пастбищ, что, в свою очередь, сказывается на всей трофической цепочке. Для птиц наступают тяжелые времена: они покидают места гнездований и в массе гибнут. В последующие годы, когда восстанавливается обычная структура течений, численность морских птиц постепенно увеличивается. И так до нового Эль-Ниньо. Подобная цикличность носит естественный характер, и популяции птиц к ней приспособились на протяжении тысячелетий своей истории. Другая ситуация складывалась на Баренцевом море, на побережье и на островах которюго также в массе гнездятся морские птицы (кайры, моевки, серебристые и морские чайки, люрики и др.), образующие птичьи базары. Основой питания этих птиц были разнообразные виды пелагических рыб — сельдь, мойва и арктическая тресочка (сайка). Интенсивный траловый лов этих рыб в 60—80-х гг. XX в. привел к тому, что их численность резко упала, промысел фактически прекратился. Но и птицы остались без корма. В результате [бескормицы суровой зимой 1986/87 г., изобиловавшей штормами, наблюдалась массовая гибель птиц. Летом 1987 г. на птичьи базары вернулось от 40 до 90% от числа птиц, которые гнездились там петом 1986 г. (рис. 93). 109' Рис. 93. Фотографии одного и того же участка птичьего базара на о. Медвежий (Баренцево море) летом 1986 г. (до массовой гибели птиц) и летом 1987 г. (после этого события) 10 ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА Правильное определение причин экологического явления (в том числе экологической катастрофы) лежит в основе выработки адекватной стра* тегии. направленной на преодоление неблагоприятных экологических последствий. В новый портфель Итак, и в первом, и во втором примерах имела место катастрофическая гибель морских птиц. Однако первопричина была различна — в первом случае это естественный ход изменений природной среды, во втором — антропогенное воздействие на морские экосистемы (перепромысел пелагических рыб). В первом случае все естественным путем постепенно возвращается на круги своя, а во втором — для восстановления численности морских птиц, что напрямую связано с ростом численности пелагических рыб, необходима регуляция промысла. Действительно, введение квот на промысел пелагических рыб в Баренцевом и Норвежском морях привело к некоторому росту численности морских птиц, хотя о восстановлении их популяций до прежних размеров речь пока не идет. ПРОБЛЕМА ОЗОНОВЫХ ДЫР. Один из ярких примеров вышесказанного — история вопроса о так называемых озоновых дырах (области в верхних слоях атмосферы с пониженной концентрацией озона). Слой озона, лежащий в стратосфере на высоте примерно 20—25 км. препятствует прохождению к поверхности Земли ультрафиолетового излучения Солнца, пагубного для живого. Это излучение в больших дозах инактивирует нуклеиновые кислоты и белки, убивает микроорганизмы, оказывает мутагенное и канцерогенное действие. В ВО—90-х гг. каждый год озоновые дыры расширялись. Была высказана гипотеза о связи этого явления с глобальным загрязнением атмосферы соединениями, содержащими хлор. В первую очередь это хлорфторуглероды и соединения брома, входящие в состав хладагентов (фреоны), аэрозолей, растворителей. Эти соединения безвредны для организмов и не вступают в химические реакции в нижних слоях атмосферы. Именно их инертность позволяет хлорфторуглеродам подниматься без изменений в стратосферу, где входящий в их состав хлор участвует в превращении озона в простой кислород. В 1987 г. на международной конференции по озону в Монреале промышленно развитые страны, включая Россию, договорились ограничить, а в дальнейшем полностью прекратить производство хлорфторуглеро-дов. Как результат принятых мер можно рассматривать то, что уже в 1996—2002 гг. темпы разрушения атмосферного озона замедлились, катастрофы удалось избежать. Однако, по расчетам ученых, на восстановление озонового слоя, разрушавшегося промышленностью на протяжении практически всего XX в., может уйти не менее 40 лет. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЭКСПЕРТИЗА. Приведенные в этом параграфе примеры наглядно демонстрируют, что человечество в состоянии решать экологические проблемы. Важнейшим этапом на этом пути является экологическая экспертиза, направленная на выяснение причин тех или иных экологических событий и выработку рекомендаций, если ситуация I § 80. Экологические катастрофы и экологическая экспертиза того требует, по преодолению или, по крайней мере, смягчению неблагоприятных последствий. Экологическую экспертизу в настоящее время проходят все проекты (строительство, нефте- и газодобыча, прокладка дорог и т. п.), реализация которых связана с воздействием на окружающую среду. При ее выполнении эксперты-экологи учитывают огромное число факторов, которые определяют экологическую обстановку, выявляют круг факторов риска от той или иной деятельности, намечают возможные пути предупреждения катастрофических последствий при авариях и ликвидации возможного ущерба. Необходимость проведения экологической экспертизы закреплена в законодательстве большинства стран, включая Россию. Борк^у за преодоление экологического кризиса ведут и многочисленные общественные организации, как региональнье, так и международные. Среди них наиболее известны Гринпис и всемирный фонд охраны природы (WWF). Гринпис использует ненасильственные, но активные методы борьбы за сохранение окружающей среды. Эта организация известна своими акциями за запрет китобойного промысла, за экологически чистое использование ядерной энергии и др. Всемирный фонд охраны природы борется за сохранение биоразнообразия и естественных экосистем. > Почему необходимо знать причины того или иного экологического явления? > Почему необходимо поддержание озонового слоя? > В чем причины «озонового кризиса»? > В чем заключается экологическая экспертиза? 81 ^ V" АУКИ И ГЛО§АЛЖЫЕ ПРОБЛВЛШ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА КАК ВЫЯСНЯЮТ ПРИЧИНЫ ‘ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ КАТАСТРОФЫ Урок-семинар — I- Каким образом следует проводить экспертную оценку экологических явлений? Все ли экологические события, кажущиеся катастрофическими, являются таковыми на самом деле? Не следует умножать сущности сверх необходимости. У. Оккам Биологий, 7 кл., Естествознание, ^ 10 кл.. § 33-35. 37. 75-78: 11 кл., § 74-80. Проследить, как выясняют причины экологических собы-- тий. Уяснить, что далеко не всегда природные явления. '■ jITt i Myift которые кажутся нам катастрофическими, являются тако- il выми на самом деле. Убедиться, что определение причин того или иного экологического события невозможно vA.' гтлишкинАйА без компетентной экологической экспертизы. 1. Познакомиться с экологической катастрофой, случившейся на Белом море в 1990 г. 2. Выдвинуть гипотезы, объясняющие упомянутое экологическое событие. 3. Проанализировать высказанные гипотезы и выбрать наиболее научно обоснованную. Необходимые источники информации ’1 Н а у м о в А. Д. Вечно живое Белое море / А. Д. Наумов, В. В. Федяков. - СПб.: Изд-во Санкт-Петербургского городского Дворца творчества юных. 1993. Попробуем на конкретном примере разобраться в причинах масштабного экологического события. При этом будем помнить о знаменитом принципе «бритвы Оккама» (см. эпиграф), согласно которому не надо придумывать излишне усложненных трактовок тому, что может иметь простое и логичное объяснение. В мае 1990 г средства массовой информации оповестили об экологической катастрофе, разразившейся на Белом море: на побережье Летнего берега Двинского залива (примерно в 60 км от устья Северной Двины, выше по течению которой располагается Архангельск) в огромном количестве были обнаружены выброшенные на берег морские i § 81. Как выясняют причины экологической катастрофы Пейзаж А. Кифера призван шокировать зрителя и донести до него опасность катастрофы. угрожающей человечеству в результате ухудшения экологических условий. А в произведении А. Платонова «Неизвестный цветок» так изображено воздействие человека; «Пустырь теперь стал другой, он зарос травами и цветами, и над ним летали птицы и бабочки». А какую модель предложите вы? Ансельм Кифер. Красное море МЫСЛЬ и ОБРАЗ звезды (рис. 94). Среди них попадались также погибшие крабы, моллюски и даже тюлени, но их число не превышало те значения, которые обычны для беломорского побережья. Для выяснения причин столь драматических событий были созданы специальные комиссии, в состав которых входили ученые, чиновники разного ранга, военные, независимые эксперты. Были выдвинуты многочисленные предположения относительно природы массовой гибели морских животных. ТЕМА ДЛЯ ОБСУЖДЕНИЯ 1 Сформулируйте гипотезы, которые могли бы объяснить наблюдавшееся природное явление. Гибель морских звезд могла быть вызвана при-|чинами как естественного, так и антропогенного ха-[рактера. В качестве первых можно предположить [сочетание каких-либо неблагоприятных для жизни )рских звезд природных факторов (например, 1ьный шторм, резкое понижение солености воды щт. п.). Помимо того, к массовой гибели морских ганизмов могло привести загрязнение воды пропиленными стоками, содержащими ядовитые ^ества, нефтепродуктами и другими ядовитыми 1ествами. Рис. 94. Выброшенные морские звезды на Летнем берегу Двинского залива Белого моря ЕМАДЛЯ ОБСУЖДЕНИЯ 2 Если мы признаем, что массовая гибель морских звезд вызвана причинами антропогенного характера (а именно такая точка зрения была наиболее лярна), то каким критериям должно соответствовать отравляющее iecTBo. чтобы вызвать катастрофичные последствия? 14 ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА Вещество должно быть очень ядовито (токсично) и слито в большом количестве, чтобы при растворении в огромном объеме морской воды его концентрация оказалась достаточной, чтобы вызвать гибель морских животных на обширной акватории. Вещество должно действовать избирательно на морских звезд и не оказывать заметного влияния на других обитателей моря. ТЕМА ДЛЯ ОБСУЖДЕНИЯ 3 Попытайтесь, используя определенные выше критерии отравляющего вещества, критически проанализировать и оценить приемлемость гипотез, которыми пытались объяснить массовую гибель морских звезд. Зимой, предшествующей рассматриваемым событиям, примерно в 150 км от будущего места выброса звезд потерпела аварию подводная лодка. В воду при этом попало около 16 т ракетного топлива. Однако этого количества на столь значительном удалении от берега недостаточно, чтобы отравить протяженный участок побережья. Кроме того, направление течений в районе аварии таково, что топливо должно было быть отнесено совершенно в ином направлении. Были высказаны и предположения о возможном промышленном или нефтяном загрязнении воды. Однако анализ проб морской воды из района гибели морских звезд показал, что концентрация загрязняющих веществ в ней была не выше, чем в других районах Белого моря. Наибольшее внимание привлекла гипотеза о загрязнении морской воды серусодержащими органическими соединениями, поскольку повышенная их концентрация была обнаружена в рыбе, поступившей на Архангельский рыбокомбинат. Серусодержащие органические соединения могут служить косвенным указанием на наличие в воде иприта ~ страшного отравляющего вещества, производившегося в годы «холодной войны». Известно, что значительные количества иприта были захоронены в контейнерах в море, причем сведения о местах некоторых захоронений не сохранились. Нельзя исключить, что одно из них расположено у Летнего берега Белого моря. Контейнеры со временем могли прохудиться, и иприт попал в воду. Еще одним косвенным подтверждением версии об отравлении серусодержащими соединениями послужило обнаружение в районе гибели звезд красноватого грунта, что также может свидетельствовать о наличии в среде серы. Доводы выглядят убедительно. Однако примем во внимание, что место, где была поймана рыба с повышенным содержанием серусодер-жащих соединений, так и не было установлено. Что же касается красноватого песка, то он в изобилии встречается по всему Белому морю и не имеет никакого отношения к серусодержащим соединениям. Красноватый цвет ему придают мельчайшие кристаллики граната, которые на протяжении многих тысячелетий выветривались из коренных пород. Вспомним, что ядовитое вещество, которое мы определяем, должно обладать избирательным воздействием именно на морских звезд. Серусодержащие же органические соединения в повышенных концентрациях ядовиты для всего живого (иприт-то создавался далеко не для морских звезд!). 1 § 81. Как выясняют причины экологической катастрофы 1 ТЕМА ДЛЯ ОБСУЖДЕНИЯ 4 Попытайтесь воспроизвести последовательность событий естественного характера, которые могли бы повлечь за собой массовый выброс на берег морских звезд. Учеными Зоологического института Российской академии наук было установлено, что вдоль берега Двинского залива на глубинах 2—6 м тянется сплошное поселение мидий (мидиевая банка). Мидии — излюбленная пища морских звезд, и они скапливаются на банках в ог> ромных количествах. Весной 1990 г. Двинской залив очистился ото льда на две недели раньше обычного, в период сильных ветров. В мае того же года было зар>егистрирювано семь сильных штормов, продолжительностью 2—3 суток каждый. Такой шторм отрывает от грунта и хорюшо прикрепленные водоросли даже на глубинах 4—5 м, не говоря уж о морских звездах и крабах. Кроме того, северные штормовые ветры способствуют нагону в интересующий нас район пресной воды Северной Двины, которая особенно полноводна в период весеннего паводка. Последовательность событий, приведших к массовому выбросу морских звезд, могла быть следующей. ■ Морские звезды весной в огромном количестве выползли на ми-диевую банку, где активно питались моллюсками. ■ Вода в исследуемом районе Летнего берега весной сильно опреснилась. а в воде с пониженной соленостью сила, с которой морские звезды прикрепляются к подводном субстратам, ослабевает. ■ В сильный шторм волны оторвали сконцентрировавшихся на ми-диевой банке морских звезд и в массе выбросили их на берег. Итак, была ли на самом деле экологическая катастрофа, как о том возвестили средства массовой информации? По отношению к морским звездам нет; гибель, пускай и значительного их числа, не привела к катастрофическим последствиям для беломорской популяции морских звезд в целом. Не пострадали и остальные животные и растения Белого моря. По оценкам ученых Зоологического института, никаких серьезных различий в их видовом составе и численности в районе Летнего берега до и после описываемых событий нет. А значит, не было и катастрофы. Произошло одно из тех нередких в природе событий, когда сочетание тех или иных естественных факторов приводит к повышению смертности каких-либо видов, в данном случае морских звезд. Популяции живых организмов обладают определенным «запасом прочности», чтобы восстановиться после значительных утрат до своей оптимальной численности. Возвращаясь к эпиграфу, мы можем заключить, что в нашем примере «бритва Оккама» отсекла как «ненужные сущности» разнообразные ■гипотезы об антропогенном характере факторов, вызвавших гибель морских звезд, оставив самые очевидные, естественные, которые в первую очередь и следовало бы рассматривать в качестве рабочей гипотезы. ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА ИНТЕГРАЦИЯ НАУЧНОГО ЗНАНИЯ НА ПУТИ РЕШЕНИЯ ГЛОБАЛЬНЫХ ПРОБЛЕМ 82 Урок-лекция Научная мысль — явление планетарное, космическое. В. И. Вернадский Каковы тенденции развития научного знания? Каковы особенности интеграции научного знания на пути решения глобальных проблем? Ключевые слова Из старого портфеля Интеграция научного знания Биологические системы (Естествознание, 10 кл., § 29, 35, 36, 83). •1> ' ’ ЬНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ НАУЧНОГО ЗНАНИЯ. В процессе развития научного знания возникла глубокая специализация труда ученых, сформировались отдельные науки. Это привело к появлению соответствующих методов исследования, способов мышления, структуры знания, возникновению своего языка, на котором описываются результаты исследований. Такое дробление научного знания означает расчленение действительности, выделение конкретных природных объектов познания. Однако этот подход противоречит единству, нерасчлененности реального мира. Поэтому ученые всегда понимали условность деления природы разными науками на собственные объекты изучения. Ученые постоянно опираются на знания из смежных областей науки, заимствуют из других отраслей знаний методы исследования, а приходят к тому, что изучают общие законы природы. Для их описания они пользуются единой общенаучной Немецкий физик Макс Планк писал: «Наука представляет собой единое целое. Ее разделение на отдельные области обусловлено не столько природой вещей. сколько ограниченностью способности человеческого познания. В действительности существует непрерывная цепь от физики и химии через биологию и антропологию к социальным наукам — цепь, которая ни в одном месте не может быть разорвана, разве лишь по произволу». терминологией. Это означает, что дифференциация научного знания всегда сопровождается процессом интеграции, т. е. взаимопроникновением, синтезом знания из разных областей науки. Без такого тесного взаимодействия наук был бы невозможен какой-либо научный прогресс. ОСОБЕННОСТИ интеграции НАУЧНОГО ЗНАНИЯ НА ПУТИ РЕШЕНИЕ ГЛОБАЛЬНЫХ ПРОБЛЕМ Еще Френсис Бэкон, живший на рубеже XVI-XVII ев., считал, что человек должен с помощью научного знания полу- I § 82. Интеграция научного знания на пути решения глобальных проблем Техногенную цивилизацию в наше время некоторые ученые характеризуют как обще* СТ80 гигантских рисков и обострения гло* бальных кризисов. Человек, познавая законы природы, стал все меньше считаться с ними. Следствием этого стало появление глобальных проблем. чить власть над природой, а не жить по ее законам. С ростом научного знания идея покорения природы продолжала укрепляться в сознании людей. Наука превратилась в производительную силу общества, а деятельность человека на планете по своим масштабам стала сопоставима с геологическими силами. Задолго до появления глобальных проблем один из основоположников квантовой механики, нобелевский лауреат 1933 г. Эдвин Шредингер писал: «Я считаю чрезвычайно сомнительным то, что на------------------------------- счастье человечества оказывают положительное влияние технические и промышленные разработки, следующие по пятам за стремительно прогрессирующими естественными науками... Делает ли это человека более счастливым?» Для решения глобальных проблем необходима переоценка ценностей каждым человеком: нужно отказаться от стратегии только потребления в целях сохранения биосферы и человечества в целом. Как этого достичь, учитывая сложность природы самого человека? Если естественные науки ориентированы в большей степени на создание условий комфортного существования, то гуманитарные науки больше связаны с духовной жизнью человека и могут помочь в формировании новых нравственных императивов. I 'F Основная тенденция интеграции научного знания — это интеграция естественных и гуманитарных наук (гуманитаризации), ориентированная на поиск путей решения глобальных проблем. f В новый портфель т А. И. Герцен писал: «Двух наук не бывает, как не бывает двух Вселенных». Почему возможна подобная аналогия? Как вы понимаете смысл выражения «нравственный императив»? ^ Обсудите с одноклассниками ответы на вопросы: Может ли научное исследование привести к выводу о необходимости новых ценностей? Могут ли ценности духовного мира человека оказать влияние на науку? ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА ОТВЕТСТВЕННОСТЬ ЧЕЛОВЕКА ЗА СОСТОЯНИЕ БИОСФЕРЫ Урок-лекция Осознать зло — значит немедленно начать бороться с ним. М. Е. Кольцов Почему человеку трудно осознать опасность глобальных проблем? 8 чем заключается моральная ответа ственность ученых перед современным обществом? Чем страшна ситуация, описанная в стихотворении-песне В. Высоцкого: Кто сказал: «Все сгорело дотла, Больше в Землю не бросите семя»?! Кто сказал, что Земля умерла? Нет! Она затаилась на время. МЫСЛЬ и ОБРАЗ Ключевые слова Этика • Нравственность • Ответственность Из старого портфеля (Естествознание, 10 кл., § 1, 4, 11, 82; см. § 1—5). Отчуждение человека от природы серьезно деформирует личность современного человека. Существование техногенного мира способствует деградации биосферы, а зачастую и самого человека. В новыЛ портфель ПОЧЕМУ ЧЕЛОВЕКУ ТРУДНО ОСОЗНАТЬ ОПАСНОСТЬ ГЛОБАЛЬНЫХ ПРОБЛЕМ Наиболее очевидными для большинства людей являются экологические проблемы своего региона, которые в первую очередь отражаются на качестве продуктов питания, питьевой воды, чистоты воздуха и отчетливо проявляются на здоровье человека. И все же осознать эти проявления как признаки надвигающейся катастрофы глобального масштаба нелегко. Для этого требуются знание причин этого явления и принципиально новое мышление. Новое мышление, планетарное сознание не возникают сами собой, они требуют усилий человека — определенных знаний и соответствующего их осмысления. Этому мешает множество причин, прежде всего стереотипы технократического мышления. Таковы, например, представления о якобы неисчерпаемости природных ресурсов и непонимание абсолютной и полной зависимости от природы. Для современного человека его природная основа становится все менее очевидной, поскольку он существует в мире технических устройств (мире артефактов). Следствием этого является и психологическое отчуждение от природы. § 83. Ответственность человека за состояние биосферы S чем ЗАКЛЮЧАЕТСЯ МОРАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ УЧЕНЫХ ПЕРЕД СОВРЕМЕННЫМ ОБЩЕСТВОМ Понятие «моральная ответственность» связано с сознанием человека, его личными убеждениями, мотивами, самооценкой. Оно позволяет человеку контролировать свои поступки и вырабатывать те или иные линии поведения. При этом он ориентируется на свой внутренний голос («нравственный закон внутри меня», как говорил И. Кант). Обычно этот голос называют «совесть» — это понятие, как и понятия «долг», «честь» и т. п., входят в идеальнодуховную сферу человека. Все они должны соответствовать принципам общечеловеческой нравственности, т. е. критериям добра и зла. Выбор делает человек. Сама по себе наука, естественно, не может быть моральной или аморальной. Каковы результаты ее воздействия на человека и жизнь природы в целом, зависит исключительно от людей. Однако именно научное знание может прогнозировать и моделировать возможные негативные последствия научных достижений. Это становится первейшей задачей каждого честного ученого. Не менее трудно донести эти предостережения до всего общества. Казалось бы, ученый не должен нести ответственность за пути использования своих научных результатов. Однако, как показала сама ^ жизнь, ученый как человек не может не испытывать моральную ответственность (внутренний голос). В соответствии со своими нравственными принципами ученый выбирает свою линию поведения. Так, например, он может: • не участвовать в научных экспериментах, зная, в чьих руках находится наука (пример — массовая эмиграция ученых из гитлеровской Германии); • давать строго объективные висимые заключения при про- ,ении научных экспертиз; • направлять свой талант и труд на разработку гуманистически ентированных проектов; • информировать правитель-0 и общественность своей ны об опасности тех или иных но-практических разработок; • принимать активное участие гуманистически направленных ,ественных движениях и т. л. *11 Особенно остро ощущали свою пственность за судьбу челове-jTsa те ученые, которые были 4частны к освоению атомной »ргии и других средств, спорных вызвать массовую гибель 5ей. Это не случайно, так как Выдающийся российский ученый, мыслитель Никита Николаевич Моисеев (1917—2000) был одним из духовных лидеров нашей страны. В 1983 г. Никита Николаевич исследовал и подтвердил гипотезу американского ученого Карла Сагана о последствиях атомной войны на Земле. Он подтвердил, что на Земле установится так называемая «ядерная ночь», а впоследствии и «ядерная зима», что приведет к ^ гибели рода человеческого. Эта работа имела ко-лоссальный резонанс во всем мире и существенно ^ изменила поведение политиков СССР и США. ' Изучая проблему взаимодействия природы и об-^ щества. Никита Николаевич на основе своей теории ■ N ^ универсального эволюционизма пришел к выводу, [М человек должен изменить свои отношения с при-ijg родой немедленно, чтобы избежать гибели уже в , ближайшем столетии. Позитивный выход он связал . с появлением нравственного выбора человека («эти-’ ческого императива») как движущего фактора глобальной эволюции. 120 ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА именно этим ученым была очевидна опасность применения подобных средств для человечества и природы в целом. В соответствии со своими моральными убеждениями они неустанно боролись против их использования. Наш соотечественник физик Андрей Дмитриевич Сахаров — нобелевский лауреат 1975 г., активный общественный деятель, возглавлял в 1988 г. Международный фонд «За выживание и развитие человечества». ЧТО МОЖЕТ КАЖДЫЙ ИЗ НАС. Каждый человек может: • преодолеть в своем сознании отчуждение от природы и погружение в техногенный мир, способный порождать ложные ценности; • всегда помнить, что он — Человек, т. е. несет в себе не только биосоциальное, но и духовное начало (способность осознавать истинные, нематериальные ценности); • осознать свою личную ответственность за непосредственное природопользование (за сбережение воды, энергии, за охрану природы) и за свою жизненную позицию в обществе. В истории всегда были люди, которые проявляли озабоченность судьбами человечества, говорили о грозящих опасностях, предупреждали о них. Их называли пророками. Они говорили и текстами Священного Писания, и словами поэтов, и призывами философов, и свидетельствами ученых. Все они говорили об одном: в мире существуют нравственные законы, столь же незыблемые, как естественные законы природы. Человеку дано различать добро и зло. Все они призывали человечество остановиться у роковой черты. Какой выбор сделает человек? В своей последней работе Н. Н. Моисеев сформулировал гамлетовский вопрос: «Быть или не быть... человечеству?» — вопрос, который решается в XXI в. Дмитрий Сергеевич Лихачев напоминал, что Гиппократ, когда его спросили, откуда он, не ответил «из Афин», а сказал «из Вселенной». ► Обсудите международные проекты по спасению жизни на Земле, которые вам известны. ь- Как 8Ы можете объяснить то, что Ирен Жолио-Кюри член Комиссии по атомной энергетике при правительстве Франции была выведена из ее состава в связи с участием в Движении сторонников мира? р- Что вам известно об отце и сыне Гржимеках? о других энтузиастах, организовывавших общественные движения по созданию заповедных зон сохранения природы? 'ТГ.Г ш БИОСФЕРА И НООСФЕРА Урок-лекция Если бы человек был действительно разумным, он сумел бы жить разумно. Сократ Ключевые ноосфера • Нравственный императив слова Ноосфера: что это? Какие ориентиры развития человечества обосновывает концепция ноосферы? Из старого портфеля Биосфера (Естествознание. 10-> 11 кл.). 1ЧГ0 ТАКОЕ НООСФЕРА В учении Вернадского обосновано усиление влияния живого вещества на биосферные процессы в ходе его эволюции. При таком подходе появление человека также рассматривается как закономерный результат эволюции биосферы, как функция биосферы. В свете этого учения человек предстал не как свободно действующее природное явление, а как проявление грандиозного закономерного ;планетарно-космического процесса эволюции осферы. Постепенно, охватывая всю планету, как историческая неизбежность, человек выде-ся среди других живых организмов как новая, небывалая, общепланетарная сила. Воздействие этой силы не только сравнялось с геологическими силами, но к тому же проис-,ит с огромным ускорением. Особенно отчет-во это можно увидеть, если сопоставить овное время скорости процесса развития ци-иэации с зависимостью от вида энергии, ис-ьзуемой человеком (см. табл.). Несоизмеримость скорости геологических цессов (геологическое время) и скорости вития человечества (историческое время) ясняет, почему деятельность человека и ее МП оказались столь разрушительными для тожения исторически сложившихся природ-равновесий. Мировое древо Мифологический образ Мирового древа существует у многих народов. С. Есенин создает свой художественный мир в виде Мирового древа. Дерево, растущее от земли до неба, является центром мира, и раем, и семьей, и человеком, и «вечным, непоколебимым древом, на ветвях которого растут плоды дум и образов». Какой процесс напоминает еам создание Есениным своего Мирового древа? МЫСЛЬ и ОБРАЗ 122 ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА Шкала прогресса цивилизации (в условных единицах исчисления исторических периодов) Период Условное время От первых людей до использования металла (бронзовый век) 1 день До использования пара 2 часа До использования электричества 3 минуты До использования атомной энергии Десятки секунд Новая историческая эра становления человечества XXI в. Результат деятельности человека Вернадский рассматривал также как закономерный эволюционный переход биосферы в качественно но* вое состояние. Для его обозначения был использован предложенный Тейяром де Шарденом термин «ноосфера» (греч. noos — разум и sphaira — шар, т. е. сфера разума). Какие ориентиры развития человечества обосновывает концепция ноосферы? В полном соответствии с гениальным предвидением Вернадского наступает время, когда человек, в результате деятельности которого глубоко изменена природная среда, обеспечивающая жизнь на Земле, должен взять на себя ответственность за судьбу планеты. Возмож* ности для этого отчетливо намечены в концепции биосферы. Ноосфера — это сфера разума. Человек обладает разумом, однако его деятельность в природе до настоящего времени складывалась стихийно и оказалась «неразумной», грозящей самоистреблением жизни на планете. О такой возможности писал еще Ж.-Б. Ламарк: «Человечество ведет себя так, словно его цель — погибнуть, оставив после себя планету, непригодную для жизни». Основой переустройства жизни на планете должна быть, по Вернадскому, научная мысль, которая направляет усилия всего человечества на восстановление целостности биосферы, на гармоничное взаимодействие человека и природы. Н. Н. Моисеев еще в начале 70-х гг. XX столетия дат наглядную интерпретацию термина «ноосфера»: он ввел понятие коэволюция человека и природы. Это понятие является синонимом такого развития общества, которое согласовано с законами развития биосферы. Как подчеркивает Моисеев, «переход к контролируемому направленному развитию, будучи допустимым и оправданным всей логикой предшествующего развития земной жизни, не может совершиться сам по Ноосфера — это новое эволюционное состояние биосферы, при котором разумная деятельность человека становится решающим фактором ее развития. щтт г § 84. Биосфера и ноосфера себе... Нельзя ограничиться ссылкой на разум — люди могут принимать и неверные, гибельные для себя решения. Значит, нам всем предстоит труднейший переходный период». И далее: «Судьба человечества будет зависеть от того, каким он будет — этот человек будущего: от того, насколько он будет способен преодолеть свой эгоизм, страсть к стяжательству...» Обратим внимание: при обсуждении судьбы человечества Н. Н. Моисеев на первое место выдвигает не качество научных программ, необходимых для сосуществования общества и природы, а нравственность человека. Этому человеку будущего предстоит осознать себя плане1инином {обладд1ь «плане1ареым сознанием»), 01ье1С1венным за свои поступки и свое участие в создании ноосферы. Другого выбора нет. Моисеев назвал этот выбор жизненной позиции «нравственным императивом» (внутренний голос — система нравственных ограничений человека). В те же 70-е гг. экологом Т Н. Куражковским был предложен термин «природопользование». Появилось много работ экологов, доказывающих первоочередные задачи научно обоснованного природопользования. Было привлечено внимание общества, государственных деятелей всех уровней к обсуждению проблем мирового развития: • о роковой черте, к которой подошла мировая цивилизация; • о пределах демографического и экономического роста человечества; • о предотвращении столкновений цивилизаций; • о совместном социальном и природном развитии (коэволюции) и др. Эти проблемы стали содержанием работы Всемирной комиссии ООН по окружающей среде и развитию. Началось сотрудничество мировых держав в области развития взаимопонимания и совместных действий по проектированию развития общества и природы. 123 Наука о сохранении и защите ноосферы и человечества в наши дни продолжает развиваться. В центре ее внимания находится проблема эволюции ноосферы в тесной связи с законами природы, законами мышления, законами социально-экономического развития. Ее назначение теперь — восстановить гармонию отношений в системе «общество — природа». Ведущий фактор в обеспечении этих программ — «нравственный императив» как каждого от,№льного человека, так и общества в целом. 6 настоящее время во многих публикациях имеются неогровержи-мые факты; а) о небывалом расцвете научной мысли; б) о кризисе [цивилизации и самоистреблении человечества. Проведите анализ причин этого парадокса. t> В каком смысле можно говорить о человечестве как о единой силе? > 8 каком понимании единства человечества необходимо его достигнуть? 124 ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА ПРОБЛЕМЫ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ ОБЩЕСТВА И БИОСФЕРЫ Урок-конференция Чтите жизнь. А. Швейцер ,9! • Что необходимо знать человеку XXI столетия о законах существования биосферы? • Что должен осознать каждый, чтобы способство* вать сохранению биосферы? • Что представляет собой Всемирная концепция устойчивого развития общества и биосферы? Ключевые Устойчивое развитие слова Коэволюция Естествознание, 10—11 кл. j S гг? . Альберт Швейцер (1875-1965) ..Врач, ученый, музыковед, органист. Исходный принцип его мировоззрения — «преклонение перед жизнью как основа нравственного обновления человечества». И ОБРАЗ • Обобщить знания по курсу естествознания. • Оценить свою компетентность. • Осознать свои убеждения. Л ПЛАН КОНФЕРЕНЦИИ I. Сообщения на темы 1. биосфера как закономерный результат эволюции нашей планеты. 2. Биосфера как открытая и саморегулирующаяся система. 3. Биосфера как глобальная экосистема. 4. Биосфера и место человека в ней. 5. Биосфера в эпоху глобальных проблем. 6. Биосфера: переход в ноосферу. 7. Проблемы устойчивого развития общества и биосферы. II. Круглый стол участников конференции 1. Обсуждение проблемных вопросов. 2. Выполнение практического задания. 3. Подведение итогов. Источники информации 3. Вернадский М.. 1944. 4. М о и с е е в Н. Н. гвардия, 1988. 5. Алексеев С. В 1. Учебник «Естествознание, 10 кл.». 2. Учебник «Естествознание, 11 кл.». В. И. Несколько слов о ноосфере / В. И. Вернадский. - Экология человечества / Н. Н. Моисеев. — М.: Молодая . Экология / С. В. Алексеев. — СПб.: СМНО ПРЕСС. 1997. § 85. Проблемы устойчивого развития общества и биосферы Вы изучили курс естествознания и узнали, что современное естествознание — это обширный комплекс наук о природе и человеке, развившийся на основе изучения природы. Современное естествознание призвано решить грандиозную задачу: обосновать стратегию сознательного перехода человечества к качественно новому состоянию биосферы — к ноосфере. Поскольку все люди планеты должны участвовать в этом движении, естественно-научные знания необходимы каждому. Глобальные проблемы напомнили людям планеты, что их дальнейшие судьбы связаны воедино независимо от того, осознают они это или еще не осознали. Избежать последствий разрушения природы никому не дано. Однако «для того, чтобы путник был в состоянии избежать опасности, он должен заранее знать о них, заранее предвидеть, заранее искать способы их обойти, так как возможность опасности еще не реальность, как и возможность поиска выхода еще не гарантирует его» (Н. Н. Моисеев). По своим масштабам и степени воздействия человеческая деятельность сравнима с некоторыми проявлениями великих сил природы. По некоторым ключевым экологическим параметрам система «Земля» вышла далеко за пределы природной изменчивости, проявлявшейся в течение последнего полумиллиона лет. Природа происходящих сейчас изменений, их масштабы и темпы являются беспрецедентными. 6 то же время Земля представляет собой систему, в которой сама жизнь помогает контролировать ее состояние. При формировании свойств окружающей среды биологические процессы активно взаимодействуют с физическими и химическими процессами, но биологические явления играют гораздо более важную роль в поддержании пределов обитаемости окружающей среды, как это считалось ранее. Эти выводы позволяют предполагать объективную возможность делать достоверные научные прогнозы о динамике изменении в состоянии экосистем, регулируемых научно обоснованной деятельностью человека. I. Сообщения на темы СООБЩЕНИЕ 1 (2—3 содокладчика) Биосфера как закономерный результат эволюции нашей планеты Для понимания особенностей биосферы используйте знания: • о физической структуре материи и формах ее существования (Естествознание. 10 кл., § 17—20, 22. 23): • о характеристике планеты Земля и ее уникальности (Естествознание. 10 кл., § 15, 27, 28. 59); • о планетарно-космических связях и общей характеристике Вселенной (Естествознание. 10 кл., § 54. 59, 73, 77); • о системной организованности нашей планеты и ее земных оболочек (Естествознание, 10 кл., § 76); • об общих физических законах природы (Естествознание, 10 кл., § 37); ■ i j -y. ■ 26 ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА об эволюции как процессе развития природных систем (Естествознание, 10 кл., § 76—78). СООБЩЕНИЕ 2 (2 содокладчика) Биосфера как открытая и саморегулирующаяся система Эта существенная особенность организованности биосферы объясняет: • сущность системы как целостности, которая обеспечивается взаимодействием ее компонентов; на молекулярном уровне организации биосферы это обеспечивают потоки вещества (атомов) и энергии (Естествознание, 10 кл., § 35, 36, 50); • процессы самоорганизации в природе (Естествознание, 10 кл., § 68-70). СООБЩЕНИЕ 3 (2 содокладчика) Биосфера как глобальная экосистема Рассмотрение биосферы как глобальной экосистемы - важнейший \ I- J (Естествознание, 10 кл., § 35). подход, которьи позволяет оцени вать факторы ее устойчивости. Для понимания биосферы как глобальной I экосистемы необходимо вспомнить: J • сущность понятия «экосистема»; • общую структуру экосистемы; • энергетику функционирования экосистемы; • динамику численности в экосистеме; • понятие «продуктивность экосистемы»; • значение видового разнообразия экосистемы (Естествознание, 10 кл., § 29. 30); • особенности биосферы как глобальной экосистемы (Естествознание, 10 кл., § 36). СООБЩЕНИЕ 4 (2 содокладчика) Биосфера и место человека в ней Для обсуждения этой проблемы используйте знания о том, что: • человек — уникальный компонент биосферы (Естествознание, 11 кл., § 53, 74): • взаимоотношения человека с природой обусловлены его биологическими и социальными особенностями (Естествознание. 11 кл.. § 1. 2, 8, 38, 40. 43, 47, 49. 73); • необходимое условие сохранения жизни на планете — гармоничные отношения человека и природы (Естествознание, 11 кл, § 83-85). 1^ § 85. Проблемы устойчивого развития общества и биосферы СООБЩЕНИЕ 5 (3—4 содокладчика) Биосфера в эпоху глобальных проблем Осознание серьезности состояния биосферы в настоящее время требует знаний: • о глубине сдвигов в состоянии биосферы под влиянием антропогенного фактора, сравнявшегося с геологическими силами природы (Естествознание, 11 кл., § 73, 75—77); • о роли научного знания в организации системы природопользования (Естествознание, 11 кл., § 51, 52, 78, 82); • о роли техники как антропогенного фактора, влияющего на состояние биосферы (Естествознание, 11 кл., § 38, 42, 47, 51); • о том, что природа не пассивный фон для деятельности человека на Земле, а целостная система, законам которой он обязан подчиняться как компонент этой системы. СООБЩЕНИЕ 6 (3 содокладчика) Биосфера: переход в ноосферу Раскрыть сущность проблемы можно, если провести анализ: • сущности понятия «ноосфера»; • сущности концепции В. И. Вернадского о ноосфере; • условий, необходимых для перехода биосферы в качественно новое состояние — ноосферу (Естествознание, 11 кл., § 84). СООБЩЕНИЕ 7 (6 содокладчиков) Проблемы устойчивого развития общества и биосферы При обсуждении проблемы ответьте на вопросы: • почему проблема возникла в середине XX столетия и почему ее необходимо безотлагательно решить? • Что называют глобальным моделированием? Почему оно необходимо и возможно? • В чем заключается сущность социоэволюционной концепции устойчивого развития? • Какова роль естественных, технических и гуманитарных наук в реализации коэволюции общества и биосферы? • Какие международные организации участвуют в решении этой проблемы и какие международные документы приняты ими? • Почему в реализации этой программы должен участвовать каждый житель планеты? • При каких условиях должен быть осуществлен проект? • Что означает «принцип нравственного императива», провозглашенный Н. Н. Моисеевым? • Почему при беспрецедентных масштабах дискуссии об устойчивом развитии мир продолжает развиваться по траектории неустойчивого развития (Естествознание, 11 кл., § 82—84)? 128 ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА II. Круглый стол участников конференции Человек впервые реально понял, что он житель планеты и может — должен — мыслить и действовать в новом аспекте, не только в аспекте отдельных личности, семьи или рода, государства или их сокззов, но и в планетарном аспекте. В. И. Вернадский проблемный ВОПРОС 1 Как вы знаете, биосфера — это глобальная экосистема. Почему Homo sapiens не вписался естественно и гармонично в природную среду, будучи ее компонентом? Имеется ли у человека своя биосферная функция? В чем она заключается, по вашему мнению? В настоящее время высказываются различные мнения по вопросу о том, началась ли уже эпоха ноосферы. Приведите аргументы за и против этих доводов. Почему В. И. Вернадский назвал научную мысль планетарным явлением? Какую роль может сыграть научное знание в становлении и развитии ноосферы? Почему А. Швейцер, провозгласивший принципы , универсальной этики, считал необходимым включить природу в сферу моральных норм человека? Как вы знаете, существование живых организмов связано с состоянием их неустойчивого равновесия. В то же время Концепция сохранения жизни на Земле названа устойчивым развитием. Объясните этот этимологический парадокс. проблемный ВОПРОС 6 Устойчивое развитие, т. е. коэволюция человека и биосферы, не может быть обеспечено, если не преодолеть противоречий в человеческом сообществе. Какие из этих противоречий вы считаете наиболее актуальными, трудными и легкоразрешимыми? Ознакомьтесь с данными, приведенными в таблицах. Глобальная численность населения и ее ежегодный прирост Год Население, млрд Прирост населения, млн 1980 4457 76 1985 4855 83 1990 5284 83 2000 6080 77 Ш i § 85. Проблемы устойчивого развития общества и биосферы Глобальный ядерный арсенал Год число ядерных боеголовок 1980 61480 1985 69478 1990 60236 2000 43200 Глобальные данные о числе ВИЧ-инфицированных и погибших от СПИДа, млн человек Год ВИЧ-инфицированные Погибшие от СПИДа 1980 0.1 0.0 1985 2.4 0.2 1990 10,0 1.7 1995 29,8 8.2 2000 57,9 21.8 Г#Ш?# Экологически образованный экономист-предприниматель решал задачу, как использовать капиталовложения, если в обществе возникла мода на беличий мех, а он практически отсутствовал на рынке пушнины. Было рассмотрено три проекта: развитие охоты, разведение белок в питомниках, создание синтетического меха с заранее заданными свойствами и последующее строительство химического комбината по его производству. Ни один проект не был выбран этим предпринимателем. Почему? Прокомментируйте экологические и экономические последствия от возможной реализации каждого из этих проектов. Сделайте выводы о взаимодействии звеньев в цепи «общество наука техника природа человек» на этом примере. ПОДВЕДЕНИЕ ИТОГОВ Сделайте вывод о необходимости изменения сознания человека и стереотипов его поведения, т. е. изменения нравственных норм. Суть нового мышления в том, чтобы на основе исторического анализа эволюции биосферы, ее законов и закономерностей развития представить общую картину мира и по-новому понять великое значение всего сущего. . 'tt . г. ' 130 ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА ПРИЛОЖЕНИЕ Я чувствую себя вправе сказать: да здравствует самообразование во всех областях!.. Только те знания прочны и ценны, которые мы добыли сами, побуждаемые собственной страстью. Всякое знание должно быть открытием, которое вы сделали сами. К. Чуковский. Воспоминания Уважаемые старшеклассники! Осваивая курс естествознания по нашему учебнику, вы сталкиваетесь с разными формами проведения урока — семинар, конференция, практикум, лекция. В данном приложении вы получите советы по организации самостоятельной образовательной деятельности, которые помогут сделать эффективным ваше участие на уроках разных типов, а в будущем и в процессе обучения в высшей школе. Поговорим о семинаре Чтобы помочь вам научиться правильно работать на семинаре, мы предлагаем после проведения каждого семинара давать его оценку. Тем самым вы ознакомитесь с требованиями к семинару, а, значит, сможете определить степень своего вклада в успешность семинара. Рассмотрите таблицы 1 и 2. В них в центральной колонке находится шкала оценок от «1» до «7». Как вы заметили, описания в левой и в правой частях таблицы представляют начало и конец каждой шкалы. С помощью этих шкал вы можете дать оценку как самому семинару, так и некоторым действиям участников семинара. Для этого обведите одну оценку (из семи), которая, на ваш взгляд, соответствует действительности. В таблице 1 приведены характеристики, которые позволяют оценить семинар с точки зрения его общего восприятия участниками семинара. Таблица 2 включает десять категорий поведения, которые делают семинар или успешным, или нет. Таблица 1 Оценивание семинара Удовлетворение от семинара Семинар был пустой тратой времени 1234567 Семинар был полезен для моего обучения Личностное участие в дискуссии Не участвовал(а) совсем, участив ограничено, не за-интересован(а) 1234567 Полное участие, активное участие, заинтересован(а) в теме и дискуссии Значение семинара для индивидуального уровня знаний Семинар не помог моему пониманию и усвоению материала 1234567 Семинар дал мне много в плане понимания и усвоения материала [ Приложение Продолжение Атмосфера семинара Я чувствовал(а), что меня осуждают, критикуют, не слушают. Я чувствовал(а) себя не защищенным в группе 1234567 Я чувствовал(а) себя непринужденно при обмене информацией и при участии в работе семинара. Атмосфера семинара была доверительной и уважительной Таблица 2 Анализ и диагностика семинара Создание климата и его сохранение Не уделялось внимание вовлечению учащихся в работу семинара: постановка целей, контроль времени, слушание, обсуждение. Отсутствует поддержка. Чувствовалось напряжение 1234567 Обращалось внимание на вовлечение учащихся в работу семинара: постановка целей, контроль времени, слушание, обсуждение. Участники семинара вежливы, внимательны, следуют инструкции Безопасность / доверие Участники семинара демонстрируют недоверие друг к другу, слушают невнимательно, но отвергают то, что говорят другие, боятся критиковать и критики в свой адрес 1234567 Члены группы доверяют друг другу, уважают высказывания других. Все свободно выражают свои идеи, мнения. Отношения без боязни осуждения Целенаправленная деятельность Бесцельное перескакивание с темы на тему. Обсуждение пустяков, отсутствие направления. Структура ведения семинара отсутствует 1234567 Полная занятость работой над достижением целей дискуссии. Структура гибкая, соответствующая ситуации, открытая для переговоров Степень участия Несколько человек доминируют в работе семинара, некоторые пассивны, некоторые не слушают, некоторых не слушают, некоторые говорят одновременно, перебивают 1234567 Все участвуют, все вовлечены, всех слушают. Участие активное и интенсивное 32 ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА Продолжение Реакция на выступления участников Участники игнорируют и не реагируют на выступления. Обсуждение бессистемное, одни и те же точки зрения высказываются несколько раз, участники не чувствуют никакого прогресса 1234567 Участники реагируют на выступление так, что докладчику ясна реакция. Обсуждение имеет обобщающий характер, и группа движется вперед проверка понимания Участники считают, что они знают, О чем говорят другие ученики, и оценивают чужие высказывания до уяснения смысла выступления 1234567 Участники объясняют и выражают своими словами то, что сказали другие члены команды, используют предварительные выводы, чтобы проверить, насколько понятны предстаз-ленные сведения Последовательность донесения информации Информация «наводняет», нет ни логических связей, ни последовательности 1234567 Информация ясна, подробна, связана. Понятны связи между идеями Творческий конфликт Участники группы чувствуют себя неудобно нз*за разницы в мышлении и либо избегают конфликтов, либо сосредоточиваются на критике и тактике нападения j Вам кажется полезным понимание в разнице мышления. 1 2 3 4 5 6 7 ведет к проверке, ' корректировке и повышению ‘ уровня знаний Функция (обязанность) в группе Участники играют неправильные роли, у всех участников всегда одни и те же амплуа 1 Все участники играют разные роли и дополняют друг друга. 1 2 3 4 5 6 7 1 каждый может выполнять лю-' бую функцию в зависимости ' от задания Авторитет / лидерство В группе нет лидера. Некоторые участники явно обладают авторитетом. Высокий уровень зависимости, один или два лидера доминируют (не уступают лидерство) 1 Когда потребность в лидере , усиливается, различные участники группы могут ее удовлетворить: любой участник доб-1 2 3 4 5 6 7 ровольно берет на себя эту функцию, когда чувствует потребность группы; лидирующая функция разделена практически равномерно \ приложение Оценка семинара и участия в семинаре поможет вам научиться проводить семинары. Из правой части таблиц видно, какого результата можно достичь. Как подготовить устное сообщение, или От чего зависит успех вашего выступления Скажу лишь одно, самое простое: чтобы выступление было интересным, выступающему самому должно быть интересно выступать. Д.С. Лихачев. Письма о добром Как мы уже говорили в приложении к учебнику «Естествознание —10», вам часто придется представлять результаты своего труда в виде выступлений. На уроках-конференциях делать доклады, на уроках-семинарах — сообщения. И на тех и на других уроках вступать в диалог, участвовать в дискуссии, в дебатах. Человек не рождается с этими умениями. Этому тоже надо учиться. • Доклад — изложение в устной (письменной) форме результатов исследования определенной проблемы на основе анализа источников или собственной исследовательской работы. • Сообщение — устное изложение какой-либо информации, обмен мыслями между людьми. • Диалог — разговор, в котором активно участвуют не менее двух собеседников. Эта речь поддерживается взаимными репликами и не полностью развернута. Часто эта речь возникает как ответ на вопрос, не требует специальной подготовки. • Дискуссия — обсуждение какого-либо спорного вопроса на собрании, в печати, беседе. • Дебаты — обсуждение какого-либо вопроса, обмен мнениями обычно после доклада. • Тезисы — кратко сформулированные основные положения доклада, лекции, сообщения и т. п. Вам предлагается тест «Умение излагать свои мысли». Ответьте ■да» или «нет» на вопросы: 1. Заботитесь ли вы о том, чтобы быть понятым? 2. Подбираете ли вы слова, соответствующие возрасту, интеллекту, общей культуре слушателя? 3. Обдумываете ли вы форму изложения мысли, прежде чем высказаться? 4. Если слушатель не задает вам вопросов после того, как вы высказались, считаете ли, что он вас понял? 5. Достаточно ли ясно и точно вы высказываетесь? 6. Следите ли вы за логичностью ваших мыслей и высказываний? 134 ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА 7. Выясняете ли вы, что было неясно в ваших высказываниях? Побуждаете ли задавать вопросы? 8. Задаете ли вопросы слушателям, чтобы понять их мысли и выслушать мнения? 9. Отличаете ли вы факты от мнений? 10. Стараетесь ли вы опровергнуть мысли собеседника? 11. Стараетесь ли вы, чтобы слушатели всегда соглашались с вами? 12. Используете ли вы термины, далеко не всем понятные? 13. Говорите ли вы вежливо, дружелюбно? 14. Следите ли вы за впечатлением, производимым вашими словами? 15. Делаете ли вы паузы для обдумывания? Ключ: вы получаете по одному баллу за ответ «нет» на 4, 10, 11 и 12-й вопросы и по одному баллу за ответ «да» на все остальные вопросы. Подсчитайте количество баллов. Результат: от 11 до 15 баллов — отличный результат; от 9 до 11 баллов — средний; от 8 баллов и ниже — плохой. Анализ результатов позволяет вам продумать пути развития навыков публичного выступления. При подготовке устного выступления обратите внимание на следующие рекомендации: — любое выступление состоит из трех частей: вступление (обоснование заявленной темы), главная часть (основные вопросы содержания темы) и заключение (суммирование сказанного); ~ приготовьте заранее шпаргалку: напишите план и тезисы выступления, имена, даты, цитаты и т. п., они помогут вам сориентироваться при выступлении; — лучше не читать, а рассказывать (поупражняйтесь в произнесении текста перед зеркалом); — не забудьте поприветствовать слушателей, объявить тему своего доклада и его цель; ~ установите зрительный контакт с аудиторией (эффекта общения со всей аудиторией можно достичь, если медленно переводить взгляд с одной части аудитории на другую); — используйте наглядный материгт: таблицы, схемы, диаграммы, рисунки, портреты и т. п. (лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать); — исключите из своей речи слова-паразиты. Слова вроде «вот-, «типа», «как бы», «значит», «ну», «того» вызывают раздражение; — ставьте правильно ударение в словах (ударная гласная выделена жирным шрифтом: средства, километр, инструмент, звонить, позвонить, мельком, понял; этот же прием можно использовать в своей шпаргалке); — следите за: голосом (говорите громко и выразительно); темпом речи (средним темпом считается 120— 150 слов в минуту с паузами); интонацией (монотонность речи снижает интерес слушателей); 1 приложение дикцией (четко выговаривайте слова): мимикой (она должна быть подвижной, отражать отношение выступающего к тому, что он говорит); жестами (жестикуляция не должна быть непре* рывной, однообразной — не каждая фраза нужда* ется в подчеркивании жестом): позой (правильная и удобная манера стоять помо* жет вам снять напряжение при выступлении и чувствовать себя уверенно). Надеемся, что наши советы помогут вам. Как конспектировать лекции Слушание и запись лекции — сложный вид работы. Чем раньше вы его освоите, тем легче вам будет учиться в вузе. Внимание человека очень неустойчиво. От вас потребуются волевые усилия, чтобы быть сосредоточенным на протяжении всей лекции. Конспект является полезным тогда, когда записано самое существенное, основное. Не записывайте дословно всю лекцию, иначе есть опасность потерять логику и смысл услышанной информации. Что записывать? Тему лекции, основные вопросы, их аргументацию. научные определения и выводы. Желательно записывать собственные формулировки. Как записывать? Оставляйте широкие поля (для исправлений, дополнений, уточнений). Придумайте свою маркировку для выделения определений, формул, важных мест. Например: ! — важно; ? — непонятно; И — очень важно; ?! — проверить. По мере необходимости этот ряд можно продолжать. Также можете составлять таблицы, схемы. Используйте контуры, всевозможные линии, цвет, упрощенные рисунки. Это поможет структурировать информацию и сделать ее визуальной. Сделать хороший конспект — этого мало. С ним надо работать. Первый просмотр лучше сделать в тот же день: перечитать, исправить текст, сделать дополнения, разметить цветом. Через 3—4 дня еще раз просмотреть, делая акценты уже только на самых важных моментах. Времени на это уходит немного, а результат обычно хороший: материал лекции усваивается основательно и глубоко. Работая над конспектом, используйте учебник и дополнительную литературу, рекомендованную учителем (лектором). Как читать научную литературу Чтение научной литературы при подготовке к семинарам и конференциям — это ваша самостоятельная исследовательская работа. Шаг 1. Определите для себя цель (причину) вашего чтения. Вы можете читать для того, чтобы получить общую информацию по какой-либо новой теме, исследовать точку зрения человека, о котором гово- 136 ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА рили на уроке. Читаете, чтобы найти одну цитату... найти доказательства... Во всех этих случаях чтение будет разным. Шаг 2. Получите общее представление об источниках информации. Перед началом чтения вам нужно очень внимательно выбрать, что читать. Разбейте название темы вашего выступления на ключевые слова (словосочетания), выберите одно слово и спланируйте чтение вокруг него. Затем перейдите к другим словам и проделайте то же самое. Итак, вы составили с помощью библиотечных или электронных каталогов список литературы. Как же его сузить? ✓ Выберите книги из списка, которые, как вам кажется, будут легкими для прочтения. ✓ Изучите содержание (оглавление), выберите из него те разделы, которые содержат ключевые слова. ✓ Если в конце книги есть алфавитный указатель, то найдите в нем нужные слова, отметьте страницы. Прочитайте сначала эти страницы, а затем решите, будете ли вы читать дальше эту книгу. ✓ Используйте журналы: в них печатается самая свежая информация. Шаг 3. Получите общее представление о том, что вы читаете и как много вы собираетесь прочитать. Итак, вы держите в рукаос • книгу с отмеченной главой; • учебник, в котором пометили нужные параграфы; • статью из журнала. Прочитайте введение (первый абзац) и заключение (последний абзац) — это поможет понять, о чем этот текст. Теперь вы можете решить, будете ли вы это читать. В выбранном вами тексте прочитайте первое предложение каждого абзаца. По ним вы поймете, о чем абзац. Посмотрите, какие абзацы отвечают вашей теме, и решите, какие из них вы будете читать более внимательно. Шаг 4. Вернитесь к цели вашего чтения. Вы еще не начали читать, но уже решили для себя, какие фрагменты читать и почему. Теперь убедитесь, что вам понятны ваши собственные цели. Для этого задайте себе вопросы: — Почему я читаю это? — Что я ищу? — Что мне надо? — Где я буду использовать эту информацию? — Как я буду использовать эту информацию? — Достаточно ли этой информации? И т. п. Напишите ваши вопросы на отдельный лист и держите их рядом, чтобы периодически к ним обращаться. Шаг 5. Чтение. Это не просто чтение — это активное чтение. Оно потребует от вас физического и умственного напряжения. Перед чтением положите рядом источники, лист с вопросами, бумагу (белую и цветную), карандаши, маркеры и т. п. Чтобы облегчить физическое напряжение, попробуйте: f приложение — вложить закладку в конец того раздела, который читаете (без закладки может казаться, что нужно прочитать слишком много, а это пугает и тормозит ваше чтение); — использовать лист бумаги (линейку), чтобы вести его по строчкам (ино'да не замечаем, что читаем одно и то же предложение несколько раз, и это усложняет чтение): тогда ваши глаза будут попадать на нужное место в тексте и это сэкономит время. Просто читая, невозможно запомнить, логически изложить, структурировать все, что прочитаете по вашей теме. Поэтому при чтении текста задавайте себе вопросы и делайте заметки на полях, выделяйте ключевой текст (карандашом). Вопросы могут быть разными, но они обязательно связаны с целью вашего чтения. Помните: с книгой нужно обращаться бережно! Лучше всего сделать ксерокопии фрагментов и тогда в них можно смело делать различные пометки, записи и т. п. Если же такой возможности нет, то в этом случае делайте закладки, на которых пишите все, что считаете нужным, а в самом тексте делайте аккуратные отметки простым карандашом. После окончания работы не забудьте их стереть. Используйте разноцветные закладки. В разных источниках закладки одного цвета помогут найти материал по одному и тому же вопросу вашей темы. Шаг 6. Перечитывание. Не пугайтесь *— это не значит, что вам снова придется перечитывать все источники. Теперь вы быстро просматриваете текст и перечитываете ваши заметки на полях, подчеркивания, выделенный текст. Зачем? Чтобы сделать и сохранить свои собственные записи по прочитанному материалу. Когда вы приступаете к своим записям, всегда указывайте источник ваших заметок (автор, название, город, издательство, год). Если вы цитируете (точно копируете часть текста), то вместе с источником укажите номер страницы. Источник указывается даже в том случае, если вы прочитали, согласились с автором и пересказали своими словами (идея все равно чужая). Посмотрите в словаре значение слова плагиат. Шаг 7. Обзор. Просмотрите свои записи и оцените их, ответив на вопросы: — Указали ли вы источники? “ Точно ли выписали цитаты? — Соответствуют ли ваши записи вашей цели? ! — Не пропустили ли вы чего-нибудь? ‘ — Надо ли вам еще что-то прочитать? I Читая одни источники, в них вы можете найти ссылки на других ав-j торов. Читать их или нет, вы должны решить сами. Это зависит от многого: нас<олько ваши записи полны, соо1ветс1вуют цели, есть ли у вас I еш,е время и т. п. , I I Дорогу осилит идущий! Желаем удачи! 138 ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ Авитаминоз II, 38 Аккомодация I, 94 Аллели II, 69 Аллергия II, 52 Анод I, 145 Антенна 1, 83 Антивитамины II, 36 Антиген II, 50 Антитело II, 50 Аскарида II, 59 Бинокулярное зрение I, 106 Биологически активные вещества II, 43 Бионика I, 21 В Вакуумный фотоэлемент I, 114 Вакцина II, 52 Вечный двигатель второго рода I, 56 Витамины И, 35 • водорастворимые II, 40 • жирорастворимые И, 40 Внутреннее сопротивление I, 74 Внутренний фотоэффект I, 115 Волна • естественно поляризованная I, 102 • линейно поляризованная I. 102 Вынужденное излучение I, 116 Ген II, 69 Генератор тактовых импульсов I, 149 Генетически модифицированные (см. Трансгенные) I, 170 Генная инженерия I, 170 Генная терапия II, 75 Генотип II. 69 Гетерозис I, 169 Гибрид II, 68 Гипервитаминоз II, 39 Гиповитаминоз II, 40 Глобальный экологический кризис II, 92 Голограмма I, 109 Голография I, 109 Гомеостаз II, 12 Датчик I, 141 Дебаты II, 133 Дейтерий I, 137 Диалог И, 133 Дизельный двигатель I, 62 Дизентерийная амеба II, 59 Динамическое давление 1, 42 Дискуссия И, 133 Диод I, 145 Дифракционная решетка I, 102 Доклад II. 133 Дополнительные цвета I, 111 Духовность II, 8 Е Емкость аккумулятора I, 75 3 Закон Менделя • второй II, 69 • первый II, 69 • третий II, 70 Закон суперкомпенсации II, 21 Запальная свеча I, 62 Золотое правило механики I, 34 И Излучение • вынужденное I, 116 • спонтанное I, 116 Изобарный процесс I, 53 Изохорный процесс I, 53 Иммунитет II, 50 • врожденный II, 50 • приобретенный И, 50 Иммунология II, 50 Инженерия клеток I, 170 Инфекционные заболевания II, 55 г Предметный указатель К Кариотип II, 72 Катод I, 145 Каучук • изопреновый I, 162 • синтетический I, 162 Клонирование I. 170 Коленчатый вал I, 61 Коллектор I, 68 Кошачья двуустка II, 60 Коэффициент полезного действия (КПД) I, 55 Красный костный мозг II, 51 Кристаллы жидкие I, 160 Критическая масса I, 127 Л Лазер I, 115 • газовый I, 122 • полупроводниковый I, 122 • химический I, 122 Лекарственное средство II. 43 Лечебная сыворотка И, 52 Лимфоциты II, 50 • В-лимфоциты II, 51 • Т-лимфоциты II, 51 Логический элемент 1, 149 Лупа I. 95 Люминофор I, 156 М Малярийный плазмодий И. 61 Маховик I, 61 Методы генетики человека II, 74 • биохимические II, 74 • близнецовый II, 74 • генеалогический II, 74 • молекулярно'биологические II, 74 • цитогенетические II, 74 Меченые атомы I, 125 Микоплазмы II, 55 Микроорганизмы II, 54 JМикросхема интегральная I, 147 Микросхема-память I, 149 Микросхема-процессор I, 149 Миозин II, 16 • HS-группы II, 16 i___________ Модуляция I, 86 Мониторинг II, 62 Мономер I. 162 Мутуализм II, 58 Н Населенность I, 116 • инверсная I, 117 Наследование, сцепленное с полом II, 73 Научно-техническая революция I. 21 О Обмотка трансформатора • вторичная I, 77 • первичная I, 77 Обогащение урана I, 131 Объектив I, 93 Окуляр I, 95 Оптика геометрическая I, 92 Оптический • резонатор I. 120 Основные цвета I, 111 Острица II, 59 П Паразитизм II, 58 Парниковый эффект II, 106 Период решетки I, 104 ПЗС-матрица I, 93 Поливинилхлорид I, 164 Полимер I, 162 Полистирол I, 164 Полиэтилен I, 163 Поляризатор I, 102 Преобразователь • аналого-цифровой I, 142 • цифро-аналоговый I, 142 Приемник I, 83 Признак • доминантный II, 68 • рецессивный И, 68 Принтер • лазерный I, 157 • струйный I, 157 Проводимость односторонняя 1, 159 Проектор I, 93 ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ И ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА Радиоактивный анализ 1, 125 Радиолокация I, 86 Радиопередатчик I, 83 Радиосвязь I. 86 Реактивный двигатель I. 46 • плазменный I, 47 • химический I, 47 Реактор • на быстрых нейтронах I, 132 • на медленных нейтронах I, 132 Регулирующие стержни I, 132 Редуктор I, 35 Рекомбинантные ДНК I, 170 Ресинтез II, 18 Сверхпроводники I, 159 Сигнал • аналоговый I, 141 • цифровой I, 142 Сила Архимеда I, 41 Сила Лоренца I, 66 Симбиоз II, 58 Система зажигания I, 62 Солнечные фотопреобразователи I, 115 Сообщение II, 133 Стереоэффект I, 107 Сцепленное наследование II, 71 Тезисы II, 133 Термодинамический цикл I, 54 Тефлон I, 164 Техника 1, 6 • информационная I, 16 • машинная I, 15 • ремесленная I, 15 Технофобия I. 26 Тимус II, 51 Транзистор I, 147 Трансгенные растения (см. Гене< тически модифицированные) I, 170 Трехцветная теория зрения I, 111 Тритий I, 137 Управляющий электрод I, 145 Усилитель I, 141 Устойчивое равновесие I. 37 Ф Фенопласты • волокнит I, 164 • карболит I, 164 • стеклопласт I. 164 • текстолит I, 164 Фенотип II, 69 Ферриты I, 159 Ферромагнетики Фокусное расстояние I. 93 Фотосопротивление I, 115 Фоточувствительные приборы с зарядовой связью I, 115 Холостой ход I, 61 Хромосомная теория наследственности II, 71 Ц Цепень • бычий II. 60 • свиной II, 60 Циклический тепловой двигатель I. 52 Ш Шатун I, 61 Широкий лентец II, 60 Щ Щетки I. 68 Э Экологически безопасные вещества I, 160 Экологический кризис II, 91 Экология II, 90 Электрод-сетка I, 145 Электродинамический • громкоговоритель I. 155 • микрофон I, 155 • телефон I, 155 Электроника I, 144 I Предметный указатель '1411 Электронный луч I, 155 Эффект Магнуса I, 42 Я Ячейка • жидкокристаллическая I. 156 • памяти I, 149