Естествознание XX века

Решающий вклад в решение этой проблемы был сделан Г.А. Гамовым в 1954 году. Он предположил, что каждая аминокислота кодируется сочетанием из трех нуклеотидов (нуклеотид представляет собой элементарный мономер ДНК, состоящий из сахара, фосфата и основания). Доказательство этого предположения было получено лишь в 1961 году в результате работ Ф. Крика, Л. Барнета, С. Бреннера и Р. Ваттс-Тобина (Великобритания), а также работ М. Нирнберга и Дж. Маттеи (США).

К началу 60-х годов уже сложилось четкое понимание основных процессов передачи информации в клетке при синтезе белка. К понятию репликации прибавились понятия транскрипции и трансляции. При раздвоении молекулы ДНК последовательность ее оснований переводится в комплиментарную последовательность оснований информационной РНК (РНК, как и ДНК, построена с помощью четырех оснований, лишь вместо тимина в ней используется урацил -- вещество, близкое ему по свойствам). Этот процесс передачи информации от гена матричной РНК называется транскрипцией. Затем РНК перемещается из ядра в цитоплазму, где она соединяется с рибосомой -- субмикроскопической структурой, в которой происходит белковый синтез. В рибосоме происходит считывание генетической информации, т. е. последовательность оснований, содержащихся в РНК, приводится в последовательность аминокислот. Этот процесс называется трансляцией. Аминокислоты захватываются небольшими участками транспортной РНК и переносятся в нужное место к информационной РНК, находящейся в рибосоме. Для каждой аминокислоты есть своя транспортная РНК, состоящая приблизительно из 80 нуклеотидов. Так как насчитывается 20 аминокислот, то существует 20 транспортных РНК, каждая из которых соответствует кодону -- тройке нуклеотидов в кодовой последовательности информационной (матричной) РНК. Когда все кодовые элементы информационной РНК соответствуют своим дополнительным элементам, аминокислоты располагаются в требуемом порядке, соединяясь через пептидные связи в цепь. Образовавшийся белок сходит с матрицы и процесс повторяется.

Наряду с изучением нуклеиновых кислот и процессом синтеза белка в молекулярной биологии большое значение с самого начала имели исследования структуры и свойств самих белков.

Параллельно с расшифровкой аминокислотного состава белков проводились исследования их пространственной структуры. Среди важнейших достижений этого направления следует назвать теорию спирали, разработанную в 1951 году Э. Полингом и Р. Кори. Согласно этой теории, полипептидная цепь белка не является плоской, а свернута в спираль, характеристики которой были также определены. Крупным достижением 50-х годов было определение пространственной структуры миоглобина (Дж. Кендрью) и гемоглобина (М. Перутц).

После проблемы специфичности белкового синтеза на первом месте в молекулярной биологии оказалась проблема регуляции синтеза белков, или, что то же самое, регуляции активности генов.

В 1961 году французские биохимики Ф. Жакоб и Ж. Моно предложили схему регуляции активности генов, которая сыграла исключительную роль в понимании регуляторных механизмов вообще. Согласно схеме Жакоба и Моно, в ДНК кроме структурных (информационных) генов имеются еще гены-регуляторы и гены-операторы. Эти виды генов особым образом влияют на работу структурного гена.

Несмотря на молодость молекулярной биологии, успехи, достигнутые ею в этой области, ошеломляющи. За сравнительно короткий срок были установлены природа гена и основные принципы его организации, воспроизведения и функционирования. Полностью расшифрован генетический код, выявлены и исследованы механизмы и главные пути образования белка в клетке. Полностью определена первичная структура многих транспортных РНК -- специфических молекул-адаптеров, осуществляющих перевод языка нуклеиновых матриц на язык аминокислотной последовательности синтезирующегося белка. Установлены основные принципы организации разных субклеточных частиц, многих вирусов, и разгаданы пути их биогенеза в клетке.

Другое направление молекулярной генетики -- исследование мутации генов. Современный уровень знаний позволяет не только понять эти тонкие процессы, но и использовать их в своих целях. Разрабатываются методы генной инженерии, позволяющие внедрить в клетку желаемую генетическую информацию. В 70-е годы появились методы выделения в чистом виде фрагментов ДНК с помощью электрофореза.

Транспортным средством переноса генетической информации в клетку стал вирус. Явление трансдукции -- переноса генов из одной клетки в другую с помощью вирусов -- изучали еще с 50-х годов.

Появилась возможность изучать распределение нуклеотидов в определенном гене или получать нужный белок. Для этого создается рекомбинантная ДНК, которая возникает, когда ДНК одного организма внедряется в клетки другого. Так, в 80-е годы были разработаны интерфероны -- белки, способные подавлять размножение вирусов. Были выбраны наиболее подходящие для переноса гены и мобильные участки ДНК. Например, культурным растениям вводят гены, повышающие их иммунитет и устойчивость. Барбара Макклинток при изучении генетики кукурузы обнаружила в ее геноме один подвижный ген, отвечающий за цвет початка. Подвижные (мобильные) гены представляют собой структурно и генетически дискретные фрагменты ДНК, способные перемещаться по геному клеток. Механизм перемещения фрагментов ДНК по геному до конца не выяснен. Встраиваясь в различные участки хромосом, они вносят в геном факторы нестабильности и изменчивости, что, возможно, определяет их важную роль в эволюции.

В 1981 году процесс выделения генов и получения из них различных цепей был автоматизирован. Генная инженерия в сочетании с микроэлектроникой предвещают возможности управлять живой материей почти так же, как неживой.

В последнее время в средствах массовой информации активно обсуждаются опыты по клонированию и связанные с этим нравственные, правовые и религиозные проблемы. Еще в 1943 году журнал «Сайенс» сообщил об успешном оплодотворении яйцеклетки в пробирке. Далее события развивались следующим образом.

1953 год -- Р. Бриге и Т. Кинг сообщили об успешной разработке метода переноса ядра клетки в гигантские икринки африканской шпорцевой лягушки «ксенопус».

1973 год -- профессор Л. Шетлз из Колумбийского университета в Нью-Йорке заявил, что он готов произвести на свет первого «бэби из пробирки», после чего последовали категорические запреты Ватикана и пресвитерианской церкви США.

1975 год -- закончилась публикация серии статей о работах профессора зоологии Оксфордского университета Дж. Гердона, в ходе которых было клонировано более полусотни лягушек. Из их икринок удалялись ядра, после чего в оставшийся «цитоплазматический мешок» пересаживалось ядро соматической клетки. Впервые в истории науки на место гаплоидного ядра яйцеклетки с одинарным набором хромосом было внесено диплоидное ядро соматической клетки с двойным числом носителей генетической информации.

1979 год -- рождение в Англии Луизы Браун, первого ребенка «из пробирки».

1981 год -- Шетлз получает три клонированных эмбриона (зародыша) человека, но приостанавливает их развитие.

1985 год -- 4 января в одной из клиник северного Лондона родилась девочка у миссис Коттон -- первой в мире суррогатной матери, не являющейся матерью биологической (то есть «бэби Коттон», как назвали девочку, была зачата не из яйцеклетки миссис Коттон). Был вынесен парламентский запрет на эксперименты с человеческими эмбрионами старше четырнадцати дней.

1987 год -- специалисты Университета им. Дж. Вашингтона, использовавшие специальный фермент, сумели разделить клетки человеческого зародыша и клонировать их до стадии тридцати двух клеток (бластов, бластомеров), после чего зародыши были уничтожены. Тогдашняя американская администрация пригрозила лишить лаборатории дотаций из федеральных фондов, если в них будут проводиться подобные опыты.

1990 год -- 7 марта журнал «Нейчур» помещает первую статью коллектива авторов из института Рослин в Эдинбурге, которые сообщили о рождении пяти ягнят, полученных без участия барана: в цитоплазматические мешки яйцеклеток были перенесены ядра культуры эмбриональных клеток, полученных от другого зародыша. Администрация Билла Клинтона еще раз подтверждает свое намерение лишать поддержки федеральных фондов всех, кто вознамерится экспериментировать с человеческими эмбрионами. Так был лишен субсидии исследователь из Университета им. Дж. Вашингтона, осуществлявший анализ пола зародыша и анализ дефектных генов на стадии восьми клеток.

1994 год -- 27 февраля «Нейчур» поместил на своей обложке -- на фоне микрофотографии яйцеклетки -- знаменитую овечку Долли, родившуюся в том же институте Рослин в Эдинбурге. В конце июня Клинтон направил в Конгресс законопроект, запрещающий «создавать человеческое существо путем клонирования и ядерного переноса соматических клеток».

1996 год -- в самом конце декабря журнал «Сайенс» сообщил о рождении шести овец, полученных по рослин-скому методу. Три из них, в том числе и овечка Полли, несли человеческий ген «фактора IX», или кровоостанавливающего белка, который необходим людям, страдающим гемофилией, то есть несвертываемостью крови.

1997 год -- чикагский физик Сиди объявляет о создании лаборатории по клонированию людей: он утверждает, что отбоя от клиентов у него не будет.

1998 год, начало марта -- французские ученые объявили о рождении клонированной телочки.

Все это открывает уникальные перспективы для человечества.

Клонирование органов и тканей -- это задача номер один в области трансплантологии, травматологии и других областях медицины и биологии. При пересадке клонированного органа не надо думать о подавлении реакции отторжения и возможных последствиях в виде рака, развившегося на фоне иммунодефицита. Клонированные органы станут спасением для людей, попавших в автомобильные аварии или какие-нибудь иные катастрофы, или для людей, которым нужна радикальная помощь из-за заболеваний пожилого возраста (изношенное сердце, больная печень и т. д.).

Самый наглядный эффект клонирования -- дать возможность бездетным людям иметь своих собственных детей. Миллионы семейных пар во всем мире страдают, будучи обреченными оставаться без потомков.

Далее. Клонирование поможет людям, страдающим тяжелыми генетическими болезнями. Если гены, определяющие какую-либо подобную болезнь, содержатся в хромосомах отца, то в яйцеклетку матери пересаживается ядро ее собственной соматической клетки -- и тогда появится ребенок, лишенный опасных, генов, точная копия матери. Если эти гены содержатся в хромосомах матери, то в ее яйцеклетку будет перемещено ядро соматической клетки отца -- появится здоровый ребенок, копия отца.

Расшифровка генетического кода

Расшифровка генетического кода была одним из самых выдающихся научных открытий XX века.

Самым трудным в проблеме кода было понять то, что код существует. На это потребовалось целое столетие. Когда это поняли, то для того чтобы разобраться в деталях, хватило каких-нибудь десяти лет.

Проблема генетического кода -- это ключевая проблема. В конце 50-х -- начале 60-х годов она приковывала к себе внимание многих ученых. В широком смысле генетический код -- это способ записи генетической информации в последовательностях нуклеиновых кислот (ДНК или РНК) о структуре полепептидов (белков).

Развитие проблемы генетического кода прошло несколько этапов. Предтечами этой проблемы можно считать многих выдающихся исследователей. В частности, Н.К. Кольцов (1927,1935) предложил в общей форме идею молекулы-гена и матричный принцип ее дублирования. Э. Шрёдингер (1944) сформулировал необходимость кодирования генетической информации в структуре генов-молекул. П. Колдуэлл и С. Хиншельвуд (1950) предложили идею матричного синтеза белков на ДНК. А. Дауне (1952) сформулировал гипотезу о синтезе белков на РНК.

Научные представления о генетическом коде как о реальной проблеме эксперимента и теории были сформулированы Г.А. Гамовым сразу же после обоснования Дж. Уотсоном и Ф. Криком (1953) модели строения двойной спирали ДНК. Первый этап изучения проблемы (1953-1961) можно назвать гипотетическим. Из модели Уотсона-- Крика вытекало представление о линейной последовательности ДНК (некий текст), построенной из четырех типов нуклеотидов (А, Т, G и С -- четыре символа алфавита). Но кодируемые белки тоже имеют линейную первичную структуру (некий текст), построенную из 20 типов канонических аминокислот (алфавит из 20 символов). Поэтому Г.А. Гамов (1954) сразу же сформулировал идею генетического кода в конкретном смысле -- как соответствие двух текстов, записанных при помощи двух разных алфавитов. Кроме того, он предложил использовать технические средства криптографии (расшифровки неизвестных кодов) для решения центральной проблемы генетики.

Генетический код сразу же приобрел облик великой загадки природы, ребуса для остроумных. Многие сотни математиков, физиков, химиков, биологов, включая Г.А. Гамова, Ф. Крика и др., предложили гипотетические варианты генетического кода, которые представляют теперь лишь исторический интерес. Реальный код оказался совсем иным.

Научными результатами первого этапа можно считать: 1) постановку проблемы генетического кода; 2): формирование понятий линейного текста для нуклеиновых кислот и белков, генетической информации, записанной в этих текстах при помощи символов алфавита; 3) представление о матричной роли РНК в трансляции; 4) понятие о кодонах и доказательство их неперекрывания; 5) предположение о триплетности кодонов и коллинеарности гена и белка, доказанное лишь в дальнейшем; и т. д.

Второй этап (1961-1966) можно назвать экспериментальным, так как в этот период генетический код был расшифрован в прямом эксперименте.

Третий этап изучения проблемы генетического кода (после 1966 года) связан с углубленным исследованием молекулярных механизмов кодирования, системных свойств генетического кода: симметрии, регулярности, помехоустойчивости, универсальности, а также путей его возникновения и эволюции.

В результате исследований геномов сформулированы специфические задачи, созданы методы, компьютерные программы, роботы, особый и изощренный математический аппарат. Тем самым заложены основы новой науки, названной «геномикой». Только что вышел в свет первый учебник для вузов, написанный Чарлзом Кэнтором и Кассандрой Смит, так и названный «Геномика».

При расшифровке последовательностей нуклеотидов геномов просто устроенных бактерий и вирусов генетикам удалось с точностью до одного нуклеотида определить их последовательность в ДНК. Затем настал черед многоклеточных организмов, суммарная длина ДНК в хромосомах которых была в десятки, сотни и даже сотни тысяч раз больше. В начале декабря 1998 года было объявлено об окончании секвенирования генома круглого червя Caenorhabditis elegans, первого многоклеточного животного. Однако сказать однозначно, что при этом удалось определить положение каждого нуклеотида в ДНК этой нематоды, нельзя. Да, было доказано, что геном С. elegans содержит 97 млн пар оснований и несет 19 099 генов (и ни одного больше!), но тем не менее 100 или чуть больше небольших по размеру отрезков (около сотни нуклеотидов каждый) остались нерасшифрованными. К ноябрю 1999 года это число неопределенностей уменьшилось -- осталось около 70 неясных точек, но они пока ускользают от исследователей. Это связано частично с тем, что в данных точках есть зоны повторения нуклеотидов. Во время наработки копий этих участков с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР) зоны повторяющихся нуклеотидов могут вести себя необычно: образовывать шпильки или изломы, нераспознаваемые или неправильно читаемые ДНК-полимеразами -- ферментами, удваивающими (амплифицирующими) данные участки.

Другая причина неудач обусловлена тем, что иногда повторяющиеся участки просто невозможно размножить в бактериальных клетках (получить клоны этих участков), так как они обладают способностью убивать клетки, в которых их пытаются клонировать. Но в целом остающиеся неопределенности хотя и сильно раздражают исследователей, но столь малы, что не составляют и сотой доли процента от общей длины расшифрованной ДНК и ни в одном случае не включены в участки генов, а всегда сосредоточены в межгенном пространстве. Поэтому общепризнан успех в изучении генома С. Все до единого гена открыты, все функциональные участки (промотеры, другие рецепторные и важные в структурном отношении районы) секвенированы до последнего нуклеотида, точки генома, в которых расположены отрезки неопределенностей, известны.

Вопрос о точности изучения последовательностей ДНК стал особенно важным в отношении генома человека. В нашем геноме существует большое число повторов нуклеотидов. Кроме них в хромосомах есть теломеры, центромеры и зоны гетерохроматина, где секвенирование затруднено, так как нуклеопротеиды в них плотно сконденсированы: на сегодняшний день они попросту исключены из исследований. Участников программы это не очень беспокоит, дел и без того невпроворот.

Остается неясным, какой точности анализа надо достичь. Недавно все сходились на том, что ошибок не должно быть больше, чем одна на миллион нуклеотидов. Но добиться такой точности по всей длине генома трудно, и было заявлено, что в пределах генов частота ошибок не должна превышать 106, а в межгенных пространствах точность может быть и в сто раз меньше. Сейчас пришли к согласию, что для рабочего варианта генома в пределах генов будет достаточно такой точности, как 104.

К концу XX столетия геномы почти 50 видов были полностью секвенированы. Собранная информация разнообразна, порой необычна, но важна для будущего прогресса науки и промышленности. Вот один из примеров. Летом 1997 года была завершена пятилетняя работа 37 лабораторий (главным образом европейских -- они расшифровали 60% генома; японских, секвенировавших 30% генома; одной корейской и двух американских лабораторий) над геномом бактерии Bacillus subtilis (ее ДНК содержит 4,2 Мб нуклеотидов и около 4 тыс. генов). Это был десятый по счету изученный организм, причем впервые была исследована грамположительная бактерия. К этому классу относятся такие патогены, как Staphylococcus aureus, вызывающий гнойные воспаления, стрептококки -- источники воспаления среднего уха, пневмонии и менингитов. Помимо лучшего понимания процессов патогенности стали ясны структуры генов для многих ферментов, в том числе и промышленно важных (теперь эти гены можно искусственно собирать из предшественников), были также секвенированы участки, в которые встроились ДНК бактериофагов, а также стало ясно, как именно эти пришельцы не только наносят вред клеткам, но иногда помогают им, придавая устойчивость к тяжелым металлам и токсинам.

Функциональная геномика

В последнее время важные для медицины и сельского хозяйства сведения о геномах получены в разных странах. Так, британские исследователи из Сэнгеровского центра и Института молекулярной медицины Оксфордского университета поли остью раскодировали из четырнадцати хромосом основного патогена, вызывающего смертные случаи при заболевании малярии Plasmodium falciparum. Секвенированы геномы большого числа микроорганизмов, вызывающих болезни человека.

Одним из неожиданных итогов геномики, существенных для будущего сельскохозяйственного производства, стало развитие нового направления, название которого в прямом переводе на русский звучит несколько неуклюже -- питательная геномика. Известно, что многие сельскохозяйственные культуры несут недостаточное количество незаменимых для человека аминокислот (тех, которые не синтезируются в теле человека), микроэлементов, металлов, витаминов или, напротив, содержат вещества, в больших количествах вредные или даже опасные для человека. В последние десятилетия интерес врачей и диетологов к потреблению так называемой здоровой пищи, которая содержала бы сбалансированное количество всех нужных человеку ингредиентов пищи, небывало вырос. Практически на каждом пищевом продукте на Западе проставлены цифры, говорящие о том, какую долю от ежедневно рекомендованных норм потребления того или иного соединения приносит данный продукт. Сейчас установлено, во сколько раз необходимо увеличить потребление того или иного витамина и микроэлемента, чтобы понизить во столько-то раз риск раковых, сердечно-сосудистых, респираторных, обменных и иных заболеваний. На фоне этих успехов стало ясно, что изучение геномов растений, их метаболизма (целиком зависящего от определенных генов), разработка биотехнологических операций по переносу генов позволяют надеяться, что в ближайшее время, в считанные годы, ученые научатся получать растения с заранее выбранными свойствами в отношении их питательной ценности.

Расшифровка генома человека

Пожалуй, впервые в современной науке сложилась необычная ситуация, когда в работу над исключительно дорогостоящим и важным проектом включились индивидуальные исследователи, нашедшие себе мощных спонсоров и создавшие серьезную конкуренцию учреждениям и университетам, финансируемым правительствами нескольких стран. Первоначально (в 1988 году) средства на изучение генома человека выделило Министерство энергетики США, и одним из руководителей программы «Геном человека» стал профессор Чарлз Кэнтор.

В 1990 году Нобелевский лауреат Джеймс Уотсон начал лоббирование конгресса США, и вскоре конгресс распорядился выделить сразу сотни миллионов долларов на изучение генома человека. Эти средства были добавлены к бюджету Министерства здравоохранения, оттуда они перетекли в ведение дирекции сети институтов, объединенных под общим названием -- Национальные институты здоровья (National Institutes of Health, сокращенно NIH). В составе NIH появился новый институт -- Национальный институт исследования генома человека (NHGRI, директор Фрэнсис Коллинз).

В мае 1992 года ведущий сотрудник NIH Крэйг Вентер подал заявление об уходе и объявил о создании нового, частного исследовательского учреждения -- Института геномных исследований (The Institute for Genomic Research, сокращенно -- TIGR или ТИГР).

Ожидание гигантских прибылей от будущего внедрения результатов изучения геномов хорошо поняли не только в США. В ведущих странах Запада началась настоящая гонка в отношении вклада средств в исследования геномов. 3 мая 1999 года британский «Белком траст» (формально правительство Великобритании финансирует британскую часть проекта «Геном человека» через этот частный благотворительный фонд) добавил дополнительно 100 млн фунтов стерлингов (примерно 167 млн долларов) нескольким английским лабораториям, занимающимся исследованиями генома человека, из них 77 млн долларов было выделено на 1999 год Сэнгеровскому центру в Кембридже. Этим шагом британский фонд постарался стимулировать своих соотечественников. Вскоре в Колд Спринг Харборской лаборатории под Нью-Йорком (где почетным президентом работает Джеймс Уотсон) за закрытыми дверьми состоялось заседание всех сторон, участвующих в международном проекте «Геном человека», после чего руководство проекта объявило, что «рабочий вариант» человеческого генома будет готов не к 2003, а в 2000 году.

Для того чтобы объяснить публике, как можно столь вольно манипулировать, казалось бы, строго продуманными научными планами, был использован следующий аргумент. Как уже было сказано, можно по-разному подходить к критериям точности секвенирования геномов. При первоначальном объявлении сроков завершения проекта в 2003 году предполагалось, что точность исследования генома составит 99,99%. Потом сроки подвинули, основываясь на том, что для биологов и медиков хватит и 90%-ной точности, зато отрапортовать о завершении генома можно будет к концу 2000 года.

Правда, американскому правительству, чтобы не отстать в гонке, пришлось пойти на серьезные дополнительные траты. Уже 15 марта дирекция NHGRI сообщила, что получила дополнительно 81,5 млн долларов на программу генома человека и что эти деньги будут немедленно распределены между тремя американскими центрами.

2 декабря 1999 года журнал «Nature» обнародовал данные, касающиеся крупного прорыва в исследовании генома человека: в основном усилиями английских ученых при активном участии других европейских, японских и американских лабораторий был завершен полный анализ одной из хромосом человека (правда, одной из самых маленьких) -- хромосомы 22.

На этом гонка отнюдь не затихла. Как сообщил журнал «Science» со ссылкой на газету «Ля Монд» от 14 мая 1999 года, французское правительство решило в этот момент «впрыснуть» дополнительно 330 млн долларов на ближайшие три года в бюджет расположенного рядом с Парижем исследовательского центра генома в Иври. Этим шагом французское правительство хотело бы устранить свое отставание по сравнению с США и Великобританией и обеспечить себе возможность запатентовать достаточное количество наработок в этой области. Только тогда можно надеяться, что в будущем, когда результаты изучения генома человека будут внедрены в медицинскую и индустриальную практику, приток денег французским компаниям будет большим.

В июне 1999 года Германия, которая до этого выделяла явно недостаточно средств на исследования генома человека (всего 23 млн долларов в год начиная с 1996 года), изменила свой подход: на ближайшие пять лет было отпущено 550 млн долларов. В ноябре -- декабре 1999 года стало ясно, что ученым удалось убедить правительство увеличить ежегодные траты на исследования генома человека до 280 млн долларов.

13 июля 1999 года об увеличении выделяемых средств на работу по секвенированию генома человека объявило правительство Японии. Вклад Японии в проект «Геном человека» составлял до этого небольшую величину (японские ученые к тому времени изучили не более 8% генома, средств было выделено недостаточно, хотя в последние три года ежегодные траты достигали 560 млрд иен и составили четверть средств, расходуемых в США). Теперь правительство Японии решило вложить в ближайшие пять лет 2 трлн иен (17 млрд долларов, или около 0,2% валового национального продукта Японии), что позволит японским ученым раскодировать до трети генома человека к 2001 году. Этот огромный по размерам план стал частью общих усилий по широкомасштабному развитию биотехнологии в стране. Для этого японское правительство решило расширить в ближайшие десять лет японский биотехнологический рынок в 25 раз, доведя масштаб ежегодных сделок на нем до 25 трлн иен (213 млрд доларов) и создав условия для возникновения около 1000 биотехнологических частных фирм к 2010 году.

То, что участвовавшая в начале создания международного проекта «Геном человека» Россия фактически приостановила свой вклад в него, можно рассматривать однозначно: Россия обрекает себя в этом отношении на скатывание на уровень второстепенных государств, обреченных на экономическую зависимость в будущем от тех, кто вложил средства в эту научную область.

Описание генома человека ученым удалось получить значительно раньше планировавшихся сроков (2005-2010 гг.). Уже в конце нового, XXI века были достигнуты сенсационные результаты в деле реализации указанного проекта. Оказалось, что в геноме человека -- от 30 до 40 тысяч генов (вместо предполагавшихся ранее 80-100 тысяч). Это ненамного больше, чем у червяка (19 тысяч генов) или мухи-дрозофилы (13,5 тысяч). Однако, по словам директора Института молекулярной генетики РАН, академика Е. Свердлова, «сетовать на то, что у нас меньше генов, чем предполагалось, пока рано. Во-первых, по мере усложнения организмов один и тот же ген выполняет гораздо больше функций и способен кодировать большее количество белков. Во-вторых, возникает масса комбинаторных вариантов, которых нет у простых организмов. Эволюция весьма экономна: для создания нового занимается «перелицовкой» старого, а не изобретает все вновь. Кроме того, даже самые элементарные частицы, вроде гена, на самом деле невероятно сложны. Наука просто выйдет на следующий уровень познания».

Расшифровка генома человека дала огромную, качественно новую научную информацию для фармацевтической промышленности. Вместе с тем оказалось, что использовать это научное богатство фармацевтической индустрии сегодня не по силам. Нужны новые технологии, которые появятся, как предполагается, в ближайшие 10-15 лет. Именно тогда станут реальностью лекарства, поступающие непосредственно к больному органу, минуя все побочные эффекты. Выйдет на качественно новый уровень трансплантология, получит развитие клеточная и генная терапия, радикально изменится медицинская диагностика и т. д.

Нобелевская премия -- творцам современной электроники

Королевская Академия наук Швеции присудила Нобелевскую премию по физике за 2000 год исследователям, чьи труды заложили основу современной информационной техники.

Премия делится на две части с вручением первой половины Жоресу Ивановичу Алфёрову, директору Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН (Санкт-Петербург/ Россия), и Герберту Крёмеру, профессору Калифорнийского института (Санта Барбара, Калифорния/ США), за развитие полупроводниковых гетероструктур для высокоскоростной и оптоэлектроники.

Вторая половина премии вручается Джеку С. Килби, главе исследовательского центра корпорации «Тексас Инструменте» (Т1) (Даллас, Техас/ США), за вклад в создание интегральной схемы.

Обмен информацией в современном обществе происходит при помощи компьютеров по оптоволоконным кабелям через Интернет и мобильных телефонов спутниковой связи. Современные системы связи отвечают двум основным требованиям. Они обладают высоким быстродействием -- большой объем информации можно передать за короткий промежуток времени. Аппараты пользователя стали настолько компактными, что умещаются не только на столе, но и в портфеле или даже в кармане. Весомый вклад в создание всей этой техники внесли работы трех физиков, нобелевских лауреатов этого года.

Жорес Иванович Алфёров и Герберт Крёмер открыли и усовершенствовали скоростные опто- и микроэлектронные компоненты на базе многослойных полупроводников, так называемых гетероструктур. Быстродействующие транзисторы, созданные на их основе, широко используются в системах спутниковой связи и в мобильных телефонах. Лазерные диоды, сконструированные по этой технологии, передают информационные потоки посредством оптоволоконных телефонных линий и сетей Интернета. Они работают в проигрывателях компакт-дисков, устройствах, считывающих товарные ярлыки в магазинах, лазерных указках, дальномерах, теодолитах и во многих других приборах. На базе гетероструктурных технологий сконструированы мощные светоизлучающие диоды, которые применяются в качестве габаритных огней и стоп-сигналов автомобилей, в светофорах и маяках. В будущем лампочки накаливания и люминесцентные лампы уступят место гораздо более экономичным и долговечным светоизлучающим диодам.

Джек С. Килби работал над созданием компактных полупроводниковых приборов с начала 60-х годов. Его исследования привели к созданию интегральной схемы, получившей название «микросхемы» или «чипа» -- устройства размером около сантиметра, содержащего тысячи транзисторов. Появление микросхемы привело к бурному развитию микроэлектроники, которая сегодня лежит в основе всей современной техники -- от ручных часов до мировых систем связи. В качестве примера можно назвать мощные компьютеры и процессоры. Они собирают и обрабатывают информацию, контролируют работу множества механизмов -- от стиральной машины и автомобиля до космических спутников и медицинского оборудования -- компьютерного томографа и диагностических приборов на основе ядерного магнитного резонанса.

Можно смело утверждать, что без фундаментальных теоретических работ и экспериментальных исследований, проделанных за многие годы творцами современной электроники, вся наша жизнь была бы совсем другой.

Итоги уходящего столетия

На границе столетий всегда какая-то часть людей была озабочена поисками символов ушедшего времени. Вот и ныне -- периодические издания дружно выделяют события, ставшие этапными и оказавшие влияние на жизнь человечества в прошедшие сто лет. Называют атомную бомбу, компьютеры и Интернет, открытие генетического кода и клонированную овечку. Если посмотреть повнимательнее и на прочие более мелкие события века, то все равно окажется, что, подводя итоги времен, люди выделяют прежде всего и чаще всего достижения науки и техники.

Известное приложение к «Независимой газете» -- «НГ-Наука» в течение года проводила рейтинговые опросы читателей по четырем, как принято сегодня говорить, номинациям:

самые выдающиеся ученые столетия;

открытия и научные концепции (теории), в наибольшей степени повлиявшие на развитие цивилизации в XX в.;

наиболее значимые технологии и изобретения;

самые грандиозные реализованные технические (инженерные) проекты.

В результате, как и планировала «НГ-Наука», появился список -- «Золотая сотня» науки и техники XX в., составленный по мнениям читателей.

Самые выдающиеся ученые столетия

Иван Павлов (теория условных и безусловных рефлексов).

Мария Склодовская-Кюри (работы по радиоактивности).

Николай Семенов (теория разветвленных химических реакций).

Отто Ган (деление ядра урана).

Альберт Эйнштейн (специальная и общая теория относительности).

Нильс Бор (теория строения атомов).

Макс Планк (квантовая теория).

Вольфганг Паули (принцип запрета в квантовой механике).

Вернер Гейзенберг (квантовая механика).

Поль Дирак (квантовая механика).

Энрико Ферми (ядерная и нейтронная физика).

Эдвард Теллер (ядерные реакции).

Стивен Хокинг (теория излучения «черных дыр»).

Бенуа Мандельброт (фрактальная геометрия).

Фрэнсис Крик, Джеймс Уотсон (открытие двойной спирали ДНК).

Норберт Виннер (кибернетика).

Илья Пригожий (термодинамика неравновесных процессов).

Деннис Габор (голография).

Александр Фридман (модель нестационарной расширяющейся Вселенной).

Клод Шеннон (математическая теория информации).

Уильям Шокли,. Джон Бардин, Уолтер Браттеин (транзисторный эффект).

Александр Флеминг (открытие пенициллина).

Анри Пуанкаре (математическая формулировка принципов специальной теории относительности).

Тим Бернерс-Ли (концепция Всемирной паутины -- World Wide Web).

Кристиан Барнард (пересадка сердца человеку).

Петр Капица (физика низких температур).

Томас Морган (генетика).

Андрей Сахаров (работы в области термоядерного синтеза).

Фриц Габер (синтез аммиака).

Гленн Сиборг (синтез трансурановых элементов).

Сергей Королев (реализация советских космических программ).

Николай Вавилов (генетика).

Игорь Курчатов (создание советского атомного оружия).

Владимир Вернадский (теория ноосферы).

Владимир Ипатьев (химия высоких температур и давлений).

Константин Циолковский (теория космических полетов).

Юлий Харитон (создание советского атомного оружия).

Владимир Уткин (создание ракетно-космической техники).

Андрей Мирзабеков (секвенирование геномов).

Николай Басов, Александр Прохоров (работы в области квантовой электроники).

Уоллес Короузерс (синтез нейлона).

Открытия и научные концепции (теории), в наибольшей степени повлиявшие на развитие цивилизации в XX в.

Специальная теория относительности.

Общая теория относительности.

Квантовая механика.

Транзисторный эффект.

Теория электрослабого взаимодействия;.

Ноосферная концепция.

Теория диссипативных систем.

Разветвленные цепные реакции.

Лазерный эффект.

Двойная спираль ДНК.

Ядерный магнитный резонанс.

Теория иммунитета.

Открытие функции хромосом как носителей наследственности.

Экспериментальное подтверждение явления квантовой телепортации.

Соотношение неопределенности Гейзенберга.

Энтропийный принцип.

Концепция Большого взрыва.

Кварковая теория строения вещества.

Высокотемпературная сверхпроводимость.

Концепция устойчивого развития.

Концепция «ядерной зимы».

Открытие эмбриональных стволовых клеток.

Концепция дрейфа материков.

Синтез трансурановых элементов.

Выделения фермента теламеразы, останавливающего процесс старения клеток.

Закон гомологических рядов Вавилова.

Открытие реликтового озера Восток под трехкилометровым панцирем льда в центральной части Антарктиды.

Открытие групп крови.

Планетарная модель атома.

Эффект Вавилова-Черенкова (излучение света движущимся в воде электроном).

Дифракция рентгеновских лучей в кристаллах.

Космологическая теория суперструн.

Наиболее значимые технологии и изобретения

Генная инженерия.

Интернет.

Клонирование млекопитающих.

Атомная энергетика.

Лазеры.

Компьютерные виртуальные реальности.

Кремниевые микрочипы.

Волоконно-оптическая связь.

Факс.

Мобильная телефонная связь.

Нанотехнологии.

Томография.

Синтез фуллеренов.

Телевидение.

Запись информации на CD- и DVD-дисках.

Радиолокация.

Термоядерный синтез.

Молекулярные микрочипы для расшифровки геномов.

Реактивная авиация.

Синтез пластмасс.

Шариковая авторучка.

Застежка «молния».

Ксерокс.

Акваланг.

Перфторан (голубая кровь) -- кровезаменитель на основе перфторуглеродных эмульсий.

Технология «чистых комнат».

Пузырьковая камера.

Ускорители элементарных частиц.

Роторные автоматизированные линии.

Реализованные инженерные проекты

«Саркофаг» (объект «Укрытие» над 4-м блоком Чернобыльской АЭС).

Высадка человека на Луну.

Проект «Вега» (исследование вещества кометы Галлея).

Автомат Калашникова.

Экспедиция марсохода «Соджорнер» (марсианская станция «Марс Пэсфайндер»).

Создание и испытание в СССР самой мощной водородной бомбы (50 мегатонн).

Космическая орбитальная станция «Мир».

Плотина Рогунской ГЭС (высота 355 м).

Пересадка человеческого сердца.

Первый искусственный спутник Земли.

Кольская сверхглубокая скважина (достигнутая глубина -- более 12 тыс. м).

Ледокол-атомоход «Ленин».

Экраноплан «Монстр Каспия» (длина 100 м, размах крыльев 40 м, 10 реактивных двигателей, скорость передвижения 800 км/ч в нескольких метрах над поверхностью воды).

Беспилотный полет советского космического челнока «Буран».

Туннель под Ла-Маншем.

Телескоп Хаббл.

Программа «Геном человека».

Сибирский горно-химический комбинат (Красно-ярск-20).

Проект «Союз-Апполлон».

Здание делового центра в столице Малайзии Куа-ла Лумпур «Петронас Твин Тауэре», высота 452 м.

Останкинская телебашня -- 537 м.

Радиовещание, начало регулярных радиопередач.

Первая посадка на Венеру советского космического аппарата «Венера-3».

Юпитерианский зонд «Галилео».

Система «Спэйс шаттл».

Ускоритель элементарных частиц -- Большой коллайдер в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН).

Газодобывающая платформа «Циклоп» в Северном море.

План ГОЭЛРО.

Список литературы

1. Чанышев А.Н. Курс лекций по древней философии. М., 2008.

2 Азерников В.З. Неслучайные случайности. Рассказы о великих открытиях и выдающихся ученых. М., 2006.

3. Седов Л.И. Галилей и основы механики. М., 2004.

4. Бернал Дж. Наука в истории общества. М., 2007.

5. Юкава X. Лекции по физике. М., 2006.

6. Александров Г.Ф. Концепции современного естествознания. М., 2007.

7. Кудрявцев П.С. Современное естествознание. Курс лекций. М., 2007.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5