Искусственные системы жизнеобеспечения организма человека. История вопроса. Жизнеобеспечение
из монографии «Экономика устойчивого развития:
прорывные идеи и технологии»
А.Е.Арменский, С.Э. Кочубей, В.В. Устюгов
Содержание главы
4.1. Жизнеобеспечение человека
Питание человека через пищу и воду
Питание человека через дыхание
4.2. Архитектура зданий и человек в новой архитектурной среде
Жилой дом .
Отопление, воздух и вентиляция
Автономное энергоснабжение
Гигиена и санитария в доме
4.3. Проблемы пищи и воды, или обзор о воде и еде
Питание, болезни и ... национальная безопасность
«Губит людей...»
Обеззараживание питьевой воды
Вторичное загрязнение воды
Гонка вооружений» или инфекционные заболевания
Мания стерильности и опасная косметика
«Лекарственная» вода 7
«Море проблем»
Большие эффекты малых доз
Лекарственное» мясо
Устойчивость болезнетворных бактерий к антибиотикам
Бутилированная вода
Ожирение и прохладительные напитки
Обработка пищевых продуктов
Витаминомания
«Биг - мак»
Трансгенные продукты и корма
Бумеранг
Биотеррор
4.4. Питьевая вода
Проблема обеззараживания питьевой воды
Технология решения питьевой воды для человека и животных
Вода в организме человека
4.5. Прорывные технологии, основанные на управлении параметрами водных растворов
4.6. Метатехнология «LT» управления параметрами воды при производстве экологически чистой продукции в сельскохозяйственном производстве
Хлеб наш насущный
Потенциал новой технологии хлебопечения
Интегральная оценка влияния проекта на социальный капитал общества
Технология экологически чистой предпосевной обработки семян селъхозрастений
Использование результатов освоения технологии
4.7. Энергетика
Альтернативная энергетика
4.8. Транспорт
Локальный транспорт
Региональный транспорт
Проблема загрязнения внутренней среды организма человека
Целебное действие бани
О воде в бане
Литература
Прорывные технологии в системах жизнеобеспечения
Современная система жизнеобеспечения должна обеспечить и современное качество жизни по достигнутому уровню знаний. Ведь качество жизни понимается как уровень жизни, т.е. экономические возможности на душу населения в течение года, умноженный на среднюю продолжительность жизни. То есть, если мы хотим обеспечить для нас с вами и для наших детей и внуков долгую, активную и здоровую жизнь, то должны пересмотреть все наши действия после анализа ниже приведенных аргументов.
Старый принцип империализма, о котором мы помним со школы. «разделяй и властвуй», продолжает жить и повсеместно действует. Он применяется везде: от высшей школы с профильными институтами, структуры кабинета министров по отраслевому принципу, вплоть до начальной школы. Именно тот принцип и создал современный кризис в экономике, т.к. отраслевые интересы не направлены на благо человека и на развитие общества.
Для устойчивого развития общества требуется заменить существующую систему координат с отраслевой экономики на функциональную экономику, которая диктует принятие решений по развитию и процветанию будущего общества и не отраслей экономики и требуется развивать перспективные направления, а не старые, ведущие в тупик, отрасли.
А
нализируя состояние современной науки, американский физик, лауреат Нобелевской премии Р. Фейнман пришел к выводу, что наука не дает истинной картины мироздания , поскольку она представляет собой набор различных дисциплин, не связанных друг с другом.
Неупорядоченное нагромождение разрозненных наукообразных утверждений, составляющих структуру современного научного знания, можно упорядочить следующим образом 1:
абиотические процессы с размерностью составляют ~95 % научного знания;
биотические процессы с размерностью – 5 % научного знания;
познавательные процессы с размерностью – 1 % научного знания.
Если «бездыханные тела» (закрытые системы) работают под началом закона сохранения энергии с размерностью , то биотические и познавательные процессы (открытые системы) - под началом закона сохранения мощности 2 с более высокой пространственно-временной размерностью . Но это означает, что космическое пространство (L) и время (T) служат неисчерпаемым источником мощности Земли, являющейся электромеханическим преобразователем мощности.
Кризис в мировой экономике и в большинстве стран также связан с устаревшим стандартным походом к экономике - как к совокупности производственных отношений сформировавшихся в процессе развития стран. К сожалению, кризис образования и подготовка специалистов для отраслей промышленности, как «узких специалистов по левой ноздре», еще более усложнило ситуацию. Высшая школа не готовит энциклопедически образованных специалистов со знанием биологии. Необходима реформа образования.
Наши политики в основном неграмотные амбициозные люди и для принятия решений пользуют знания так называемых экспертов, которых собирают в различные комиссии, комитеты или в других формах, где проще спрятать некомпетентность и сослаться на коллегиальную ответственность. А эксперты – это те же «узкие специалисты по левой ноздре», которые в рамках своей компетенции считаются профессионалами, а других областях дремучи и не грамотны. Чиновники пытаются решить проблемы отраслей и предприятий, забывая о том, что надо исходить от создания идеальных, на данном этапе достигнутых знаний, условий для жизни и существования живого человека.
Посмотрите на структуру управления хозяйством страны - сколько министерств и отраслей. Какая иерархия бюрократических пирамид , где продолжает действовать принцип озвученный бессмертным Фигаро в пьесе Кароно де Бомарше: «раболепная посредственность - вот кто всего добивается.»
И еще никто не отменял принцип Питера в иерархологии 3 по заполнению управленческой пирамиды некомпетентными руководителями.
Продолжают выпускать узких специалистов, говорящих на разных научных языках физических, химических, экономических и использующих различные системы измерения. А это при том, что Россия впервые в мире освоила LT-систему пространственно-временных величин Бартини-Кузнецова, которая является универсальным языком для всех наук. Эта система дает возможность выразить в терминах универсальных мер все движения, протекающие в природе, включая естественные, социальные и духовные процессы.
В России разработаны и ждут освоения новейшие технологии, основанные на синтезе наук и требуются новые энциклопедически образованные специалисты* - проектировщики технологий устойчивого развития, а не те «узкие специалисты по левой ноздре», которых штампует в настоящее время наша высшая школа. Освоение новейших прорывных технологий устойчивого развития, основанные на синтезе наук, а также на новых знаниях, которые не прописаны в традиционных науках, требуют написания новых учебников, новых теорий, новых методик и технологических инструкций, а также нового технологического оборудования, которое надо разрабатывать и изготавливать по новым техническим заданиям по новые процессы.
В международном Университете природы общества и человека «Дубна» создана первая в мире Международная научная школа устойчивого развития.
Издан первый в мире учебник по научным основам проектирования устойчивого развития в системе природа-общество-человек. Издано учебно-методическое пособие для государственных служащих по информационной и экономической безопасности государства , а также ряд других книг, посвящённых устойчивому развитию, синтезу естественных и гуманитарных наук. Международная научная школа устойчивого развития использует в качестве рабочего инструмента строго научно обоснованную систему универсальных пространственно временных величин Бартини-Кузнецова. Универсальные LT-величины позволили осуществить синтез разнородных областей человеческой деятельности: экономику, социологию, экологию, физику, международные отношения и т.д. Даны примеры и методики проектирования технологических процессов на новых принципах.
Понимание того факта, что все, что мы строим и производим, предназначено для открытых биологических систем – человека и животных, возникает мысль, что надо пересмотреть структуру экономики по функциям. Функциональная экономика диктует принятие решений по развитию и процветанию будущего общества и отраслей экономики и требуется развивать перспективные направления, а не старые, ведущие в тупик, отрасли.
Р
ассмотрим стратегию принятия решений по развитию отраслей страны на примере системы жизнеобеспечения.
4.1. Жизнеобеспечение человека.
В качестве первого примера рассмотрим систему жизнеобеспечения в свете современных достижений и технических решений. При чтении этих аргументов, подумайте - знают ли это архитекторы, строители и проектировщики, коммунальные службы и др. и были ли эти темы озвучены при обучении их в высшей школе, где они получали дипломы о высшем образовании.
Систему жизнеобеспечения можно рассматривать как три блока по реализации функций:
защита от природной непогоды – жилой дом
комфорт – свет, тепло, санитария и гигиена
экологически чистая вода и пища.
Н
аши знания о человеке весьма ограничены. Мы будем рассматривать человека как открытую систему, которая обменивается потоками энергии с окружающей его средой, как духовно – физический преобразователь мощности.
Закон гласит, что полная мощность (N) на входе в систему равна сумме полезной мощности (P) и мощности потерь (G) на выходе системы. N= P+G [L 5 T -5 ]
Человек имеет площадь кожных покровов ~2 м 2 и имеет величину, как конденсатор, ~50 пф и в его организме наводятся токи: от атмосферы и теллурических токов земли, от электрических и магнитных полей земли и техногенного происхождения. Организм человека заряжается до напряжения от 200В до 500В.
Человек живет и работает на земле, ходит на работу на предприятия и живет с семьей в доме и неразрывно купается в электромагнитных полях и не только в солнечном свете, а также в других полях как природных, так и техногенных.
Р
ассмотрим такие воздействия подробнее по современным научным воззрениям.
Источники питания человека осуществляется тремя путями:
наведением магнитной индукции в теле человека от внешней среды
через дыхание
через пищу и воду
Рассмотрим питание человека наведением магнитной индукции в теле человека от теллурических токов и электромагнитных полей земли.
В древности все храмы и культовые здания строились на "хороших" местах, имеющих пониженное значение естественного электромагнитного фона, внутри таких зданий размер помещений соответствовал ячейкам энергетической сети, чтобы повышенное излучение попадало на перегородки. Высота культовых сооружений соответствовала глубине залегания водных потоков под сооружением, чтобы помещение для прихожан имело минимум естественного электромагнитного фона, т.е. находилось в узловой точке волны от макушки сооружения до энергетического потока под землей.
Человек, как живая система, – это открытая система, способная функционировать за счет свободной энергии, поступающей из внешней среды , непременным свойством которой является термодинамическое не равновесие. Живая система - это динамическое целое, воспроизводящее и обновляющее свои компоненты посредством взаимодействия со средой. Строгая согласованность и последовательность протекающих в живой системе химических процессов и составляет основу этого обмена веществ. Все звенья цепи химических превращений настолько тесно связаны, что нарушение последовательности или выпадение одного из них приводит к серьезным нарушениям процесса обмена или его полному прекращению.
Именно здесь заключена причина высокой чувствительности живого к физическим воздействиям малой интенсивности, обнаруженной еще А.Л. Чижевским, но находящей свое истолкование только сегодня. На физическом языке наблюдаемое воздействие электромагнитных излучений может быть связано с их резонансным поглощением (гамма-резонанс, магнитный резонанс и т.д.), обусловленным собственными резонансными характеристиками субклеточных структур. Кроме того, имеются данные, что в клетках возможны и иные механизмы преобразования энергии, включая такие «непривычные» для биологов, но хорошо известные физикам процессы, как магнитная ориентация, вентильная проводимость, N-образная вольтамперная характеристика, эффект Холла, эффект Ганна и др.
Физическое тело человека помимо низко интенсивного магнитного поля имеет электрическое поле с частотой ~10Гц и излучает в окружающее пространство достаточно мощное электромагнитное излучение в инфракрасном диапазоне (~8-14 мкм), а также в сверхвысокочастотном диапазоне (~18 - 330см) - около 200 ÷300 Ватт.
Человек живет в электростатическом поле и его организм человека, как ходячий конденсатор емкостью ~50 пФ, приобретает электрический потенциал от ~ 200В до ~ 500В (зафиксированы факты накопления статического заряда организмом человека до 30000 В), а кровь и внутренняя жидкость – это электролит. Таким образом, наведенная энергия составляет ~ 1х10 - 6 Дж. Клетка организма человека имеет электрический потенциал ~ 0,1 В/м, а напряжение электрического поля мембран приближается к напряженности электрического поля солнца и составляет ~10 7 В/м. В клетке находятся ~2000 митохондрий - это маленькие электростанции (живут ~10÷20 дней), которые превращают аденозиндифосфорную кислоту (АДФ) в заряженную аденозинтрифосфорную кислоту (АТФ) несущую энергию организму.
Живые организмы, в том числе и человек, это открытые и саморегулирующие системы. Каждая живая система встроена в пульсирующую биосферу земли, являясь приемником и одновременно передатчиком волновых энергий.
Потоки волновой электромагнитной энергии, пронизывающие насквозь тело человека , по всей поверхности Земли имеют неравномерные характеристики (в частности, различные мощности), что может быть связано как с их космическим происхождением, так и с геологическими особенностями строения земной коры в каждом конкретном случае.
Объединенная открытая модель электрического тока и биоэнергетики человека позволяет рассматривать следующую аналогию: живой человек подобен проводнику с током, а мертвый человек – проводнику без тока.
Известно, что около двух третей поверхности Земли покрыто соленой водой, обладающей достаточно высокой электропроводностью. Остальная земная поверхность содержит грунтовые воды с более низкой, но вполне существенной электропроводностью. В воздухе на высоте порядка 100 км начинается содержащая свободные электроны ионосфера, которая проводит электрический ток хуже медного провода, но вполне удовлетворительно.
Нижняя часть ионосферы ответственна за прохождение тока и отражение электромагнитных волн. Она известна как слой Хевисайда и названа так в честь открывшего ее в 1902 году английского физика О. Heaviside (1850-1925).
Объемный резонатор Земля-ионосфера: Человек существует в полости резонатора, который оказывает определяющее влияние на функционирование организма. Внешняя окружность обозначает верхний слой ионосферы, тогда как нижний уровень ионосферы расположен на высоте около 100 км и известен как слой Хевисайда. На дневной - солнечной стороне слой Хевисайда расположен значительно ниже, чем на ночной. Слой Хевисайда и поверхность Земли имеют вполне достаточную электрическую проводимость для того, чтобы сформировался электромагнитный объемный резонатор, в котором существуют волны, описанные Шуманом. Эти волны возбуждаются разрядами в облаках (молниями) и магнитными процессами на Солнце.
В США (НАСА) и Германии (институт М. Планка) проводились длительные эксперименты, в результате которых было установлено, что волны Шумана необходимы для синхронизации биологических ритмов и нормального существования всего живого на Земле. Сегодня уже известно, что люди, испытывающие большие нагрузки и стресс, нуждаются в этих волнах. Кроме того, остро ощущают отсутствие волн Шумана пожилые и вегетативно чувствительные люди , а также хронические больные. Это может приводить к головной боли, потере ориентации, тошноте, головокружению и т.д.
На сегодняшний день электромагнитный фон планеты в результате деятельности человека претерпел существенные изменения и загрязнен до такой степени, что организм "не слышит" волн Шумана. По этой причине НАСА использует генераторы волн Шумана для обеспечения нормальной жизнедеятельности персонала. Волны Шумана - реальный жизненный фактор.
Электрические и магнитные поля земли и космоса создают на земле сетки электромагнитных полей. Еще в 30-годах французский физик Ф. Парр открыл с помощью метода биолокации глобальную магнитную сеть, ориентированную по магнитному меридиану. Эта сеть делит всю планету на позитивные и негативные (геопатогенные) участки. Вслед за этим открытием Э. Виттман обнаружил похожую глобальную магнитную сеть, состоящую из ромбовидных ячеек, ориентированных в направлении север - юг. После этих открытий удалось выяснить, что невидимые магнитные потоки особенно активно проявляют себя в месте пересечения подземных источников.
В этих районах наблюдается значительное изменение геофизических параметров среды: увеличение радиационного фона, электрического потенциала атмосферного электричества и т.д., что оказывает значительное влияние на психическое состояние человека и животных. Вот вам и места силы древних сказаний, позволяющие при правильном использовании развить экстрасенсорные способности человека. Позже были обнаружены узлы сети, оказывающие еще более сильное воздействие на организм.
Немецкий ученый М. Курри обнаружил, что эти узлы поляризованы, т.е. обладают положительным или отрицательным излучением. Было замечено, что человек и животные по-разному реагируют на эти узлы. Долгое пребывание в узловом месте вредно сказывается на здоровье и биологическом тонусе человека. А вот кошки, совы, муравьи, пчелы и микроорганизмы, наоборот, выбирают именно узлы. Большинство домашних животных предпочитают, подобно человеку, находиться вне узловых зон. Некогда, много веков назад, человек обладал способностью чувствовать геопатогенные зоны и инстинктивно избегал их. Теперь эти навыки в значительной степени утрачены , но человек тем не менее не беззащитен перед излучением Земли.
В пределах геопатогенных зон и узлов особенно сказывается влияние магнитных бурь, связанных с солнечной активностью. Это влияние болезнетворно для особо чувствительных людей, которые отличаются восприимчивостью даже к слабым изменениям полевой обстановки. Если ширина линии глобальной геоактивной структуры фиксируется в пределах 4-8 метров (а может быть и более), то на таких участках отмечается повышенная заболеваемость людей онкологическими и системными заболеваниями, наблюдаются повреждения жилых зданий, сооружений и подземных коммуникаций (проседание зданий, разрушение кладки, деформация металлических конструкций, а так же высокая заболеваемость домашних животных и скота, происходят различные необычные явления, на дорогах отмечается повышенная аварийность).
Всего же на поверхность планеты наложено около 20 различных «сеток». Известно, что распространяются они строго вертикально и не поглощаются ничем, а вот откуда исходят, какова их природа, для чего они существуют - неизвестно. Впрочем, неизвестно это и насчет излучений космических.
Наиболее изученными являются глобальная прямоугольная координатная сетка Э. Хартмана (G-сеть) и диагональная координатная сетка М. Курри (D-сеть), геопатогенное воздействие которых из перечисленных выше решетчатых структур является доказанным научным фактом.
В 1950 году доктор медицины Манфред Курри, возглавлявший в то время Медико-биологический институт в Баварии, пришел к убеждению, что в возникновении раковых заболеваний повинны не одни только геопатогенные зоны (как участки выхода "земных лучей"). Провоцирующим фактором может являться и особого рода энергетическая сеть, как бы наброшенная на поверхность Земли. Много лет он посвятил изучению сеток и с тех пор одна из их разновидностей носит название "диагональной сетки Курри" с размером ячейки 3,75 х 3,75 (другой модуль - 7,5 х 7,5) метров.
В Германии доктором Эрнстом Хартманом, руководителем Института по геобиологическим исследованиям, была найдена и описана другая сетка - "ортогональная сетка Хартмана" - электромагнитные линии с шагом ячейки ~ 2,5х 2 м и чередующейся поляризацией в её узлах [с севера на юг шаг ~2,0м; с запада на восток шаг ~2,5м, а в пересечениях знаки «+» вращение маятника по часовой стрелке и «-» против часовой стрелки]. Ширина полос сетки Хартмана на нашей широте равна 20 – 60 см.
Далее были найдены: ориентированная по магнитному меридиану ромбическая сетка Пера Манфреда (4 х 4 м); ~5х6 м - сеть Курри, сетка Виттмана-Швейцера (16 х 16 м) - диагональная , состоящая из невидимых пучков геомагнитного излучения, ромбической формы и ориентированная большой осью с севера на юг. Пучки излучений сети Виттмана покрывают всю Землю наряду с пучками сети Хартмана и Курри. Также были найдены сетки Зигмунда Стальчинского, латвийского лозоходца Таливалдиса Альберта (25 х 25 м), зодиакальная сетка инженера С. Шульги. Например, линии Хартмана по ширине составляют ~20 – 60 см, линии Курри ~ 60 см, линии Виттмана, когда впервые о них узнали, были шириной ~80÷100 см, а сейчас уже ~3÷5 метров.
Расстояние между линиями сеток всех мелкоячеистых структур колеблется в пределах от 0,95м до 15м, а крупноячеистых и среднеячеистых от сотен метров до сотен километров и может меняться в зависимости от географической широты места, солнечной активности и некоторых других факторов.
В местах пересечения линий этих сеток возникают патогенные (опасные для здоровья) очаги диаметром от 20 см до нескольких сотен метров в зависимости от ширины линий, образующих сетку. Эти патогенные очаги называются узлами сетки, которые условно подразделяются на « + » и « - » узлы, в зависимости от восходящего или нисходящего энергетического потока. Очаги строго перпендикулярны поверхности Земли и пронизывают ее полностью, не меняя своей интенсивности по высоте. Окончательная природа этих очагов до сих пор полностью не выявлена, однако выявлено, что их длительное воздействие на организм человека приводит к возникновению необратимых патологических процессов, заканчивающихся серьезными заболеваниями (онкология, сосудистые, нервно-психические и т.д.). Интенсивность энергетического потока в этих узлах в течение дня и года изменяется. Справедливости ради следует заметить, что основной вредоносный потенциал несут не столько узлы сеток, сами по себе, сколько какие-либо природные причины, усиленные узлами этих сеток.
Наблюдения над ними показали наличие циклических изменений, имеющих также и стационарные состояния. Это можно проследить 8 раз в период между восходом и заходом солнца. Длительность каждого стационарного состояния 1,5 часа.
О геопатогенных зонах, вызывающих у людей при длительном пребывании в них сердечно-сосудистые заболевания , заболевания опорно-двигательного аппарата, рак, лейкоз и многие другие тяжелые болезни, слышали, кажется, все. Немецкий ученый Густав фон Поль обнародовал в 1930 году явление - все обследованные им раковые больные спали в местах, где лоза в руках лозоходца сильно отклонялась, последующими исследованиями было подтверждено и расширено.
Геопатогенные зоны сети есть в каждом доме, в каждой комнате. И если спальное или рабочее место попадает в такое место, то практически каждый человек, проводящий в нем 6-8 часов в сутки, обречен на плохое самочувствие и болезни.
Длительное время считалось, что основным действующим фактором на живые организмы является уровень энергии полей. Однако выявилось, что ситуация намного сложнее. Ранее считалось, что низкоинтенсивные поля неионизационного уровня являются безвредными. Исследования, проведенные в Швеции и США показали, что электромагнитные поля, создаваемые техническими системами, даже в сотни раз слабее естественного поля Земли, являются опасными для здоровья. Напряженность электрического поля в зоне компьютерного монитора обычно составляет 1÷10 В/м, магнитная индукция – 0,1÷10 мГс, что значительно ниже естественного фона Земли (соответственно ~140 В/м и около ~ 400 мГс). Такого же порядка поля вблизи телевизора и других бытовых приборов. Выяснилось, что риск возникновения заболеваний увеличивается уже при достижении магнитной индукцией уровня ~3 мГс, что более чем в 100 раз ниже уровня магнитной индукции естественного поля Земли. Исследования, проведенные в институте общей генетики им. Н. И. Вавилова (1999 год) выявили, что электромагнитные поля, создаваемые компьютером приводят к необратимым изменениям в делящихся клетках. Так воздействие электромагнитных полей , сопровождающих работу компьютера на головастиков при экспозиции более 3-х часов, вызывало их гибель. В ходе исследований был установлен факт возникновения мутаций у растений, сравнимых с мутациями у растений в 30-километровой зоне вокруг Чернобыльской АЭС.
В России не установлены предельно допустимые уровни переменного электромагнитного поля для населения, поэтому излучение не контролируется органами санэпиднадзора. А вот в Швеции цифра 0,2 мкТл уже фигурирует в обязательных, к исполнению нормативах по строительству новых зданий, в которых могут находиться дети. Что касается существующих строений, то в них рекомендовано снижать уровень поля, насколько это позволяют сделать современные технические средства. В результате обследования населения Швеции установлено, что у тех, кто живет в условиях повышенного воздействия электромагнитного поля (более 0,1 мкТл), уровень заболеваемости лейкемией у детей возрастает более чем в 3 раза!
Опасность присутствует не только там, где есть электромагнитные поля с высокими уровнями энергии. Последние исследования выявили нечто совершенно неожиданное. П. Гаряев в одной из своих работ, предполагает, что "электромагнитный смог", окружающий нашу планету, опасен по причине высокой вероятности случайного синтеза электромагнитных аналогов "вредных" структур, используемых волновым геномом обитателей Земли.
Вот два исторических примера.
Ф. Гардини натянул в несколько рядов железную проволоку над растениями в саду. За три года, пока была натянута проволока, вид растений резко изменился, они начали сохнуть. Как только была убрана проволока, растения ожили. Ф. Гардини сделал вывод, что проволока экранировала растения от атмосферного электричества, которое необходимо для роста и созревания плодов.
Грандо покрывал металлической сеткой (клеткой Фарадея) растения , изолируя растения от влияния электрического поля атмосферы. Многочисленные эксперименты привели к заключению, что растения вне клетки развиваются лучше, а, следовательно, роль электрического поля атмосферы выражается в благоприятном повышении жизненных функций растений.
Документально установлен факт влияния экранирования от магнитных полей на высших животных-млекопитающих (а мы, люди, тоже млекопитающие). В опытах использовалась пермаллоевая камера, близким аналогом которой является клетка Фарадея.
Эксперименты, проведённые на мышах, показали: к 4 поколению у них прекращается воспроизводство; во 2 поколении у них наблюдаются частые выкидыши зародышей; родившиеся мышата раннего возраста малоактивны, много лежат на спине; у 14% взрослой популяции наблюдается прогрессирующее облысение. Сначала лысеет голова, затем спина. К 6 месяцам животные погибают. Гистологический анализ показывает, что экранирование сильнее всего влияет на почки мышей (в них развивается киста и многокамерность), страдает также и печень.
При обсуждении проблемы питания, необходимо упомянуть такой факт. Яркий феномен - это так называемые "солнцееды". Практика "солнцеедства" известна очень давно и практикующие всего лишь следуют путем древней мудрости. Случаи длительного голодания описаны в различных религиозных источниках. Так, в истории католической церкви зафиксировано шесть случаев продолжительного (от 7 до 28 лет) проживания людей без пищи и жидкости. Известны факты о существовании особо продвинутых индийских "солнцеедов", которые не принимают пищи уже по 20 и более лет. Они просто не видят в своем образе жизни ничего заслуживающего всеобщего внимания. В Индии живёт некий Пралад Джани, который обходится без еды на протяжении вот уже 69 лет. Причём он был под наблюдением медиков 411 дней, принимая ежедневно только полстакана воды. "Солнцеедов" на земле уже насчитывают тысячами. По некоторым данным, их уже целых 8 тысяч человек (из других источников 30 тысяч, в том числе 10 тысяч в Германии). И они в 1999 году уже провели свой съезд в Лондоне. Они уже пишут книги под названием "Праническое питание".
Еще в 1925 году Владимир Иванович Вернадский в статье "Автотрофность человечества" задал вопрос: "Что будет происходить с человечеством по мере освоения всей поверхностной оболочки планеты? В конце концов, окультуривая все возможные биоценозы, оно должно овладеть непосредственным синтезом пищи из минеральных источников. Пока человек в питании зависит от остального растительного и животного мира, он не может в достаточной степени быть обеспеченным. Подойдя к пределу своего охвата природы мыслью, человечество должно перейти к иному способу питания - автотрофному. Синтезируя пищу непосредственно из солнечной энергии, человек подтолкнет историю Земли к неслыханному геологическому перевороту , к новой геологической эре в истории планеты. Собственно, это будет уже не человек, а какое-то другое разумное существо".
Человек превращается или уподобляется… растению. В том смысле, что начинает непосредственно усваивать световую энергию – в точности как растение, которое в процессе фотосинтеза преобразует солнечный свет в зеленую массу и плоды, строить из энергии мирового пространства свое тело и пополнять запас сил. Отличие растений от человека в том, что растение питают ризосферные - прикорневые бактерии, которые перерабатывают минеральные вещества почвы в усвояемые элементы для клеток растений.
Человечество может отказаться от использования запасенной растениями солнечной энергии и напрямую подключиться к энергетическим полям земли и солнца. В таком случае отпадает надобность в промежуточных накопителях энергии: первичных – растениях и вторичных – животных, которые питаются растениями. Сейчас мы живем в основном за счет двух этих энергетических источников. Нашему биологическому виду присущ обмен веществ с поглощением необходимого для организма веществ и выведением ненужных ему шлаков. Кстати, с метаболизмом у "солнцеедов" вроде бы обстоит обыкновенно: клетки их тел поглощают кислород, выводят молочную кислоту и прочие отходы жизнедеятельности, выделительные системы и органы занимаются своим прямым делом и не собираются отмирать. С процессом выделения у "солнцеедов" все в порядке. А вот процессы поглощения и усвоения – пока тайна.
И вот тут наша наука стыдливо молчит и продолжает держаться за диеты и калории в пище. А ведь факт «солнцеедства» говорит о том, что значительной долей пищи человека – это космические и солнечные электромагнитные поля, которые снабжают человека энергией. Экранировка человека от этих полей приводит к энергетическому голоданию.
Питание человека через дыхание.
«Дыхание – важнейший канал связи человека с космосом»В.И. Вернадский.
"В спертом воздухе при всем старании не отдышишься".
К. Прутков
Если вспомнить, что без пищи обычный человек может прожить очень долго, без воды – неделю, а без воздуха не более 7 минут, становится очевидным, на сколько значительнее влияет на организм режим дыхания, чем режим питания.
Необходимо знать параметры газовой среды, безопасные для человека и позволяющие жить и работать в закрытом помещении. Здоровый человек в спокойном состоянии при температуре 20 о С и относительной влажности воздуха 65% за сутки прокачивает через свои легкие 7200 литров воздуха. Из этого объема он безвозвратно забирает 720 литров кислорода на потребности основного обмена (работу внутренних органов: мозга, сердца, печени, почек и так далее), а остальные 6480 литров воздуха нужны как переносчик - для удаления из легких воды, углекислого газа и летучих продуктов обмена веществ , о которых речь пойдет ниже. При каждом вдохе взрослый человек вдыхает около 500 см 3 воздуха, а поверхность альвеол легких у взрослого человека составляет около 100 м 2 , что в 50 раз превышает поверхность тела, где ведущую роль в газообмене играют эритроциты, суммарная поверхность которых равна 3 тыс. м 2 , т. е. в 1500 раз больше поверхности тела;
В настоящее время доказано, что из-за загазованности, задымленности воздуха, особенно наших городов, в том числе неразумного поведения человека (курение и т. п.), кислорода в атмосфере содержится
Кроме того, в воздухе обитает не меньше бактерий и микробов, чем в почве. Национальная Лаборатория Беркли (Department of Energy’s Lawrence Berkeley National Laboratory) впервые в мире провела "перепись" микроорганизмов, обитающих в воздухе. Оказалось, что в воздухе присутствует более 1,8 тыс. видов бактерий и микробов. По количеству и разнообразию это сопоставимо с количеством бактерий, обитающих в почве. Лаборатория Беркли подсчитывала оригинальные гены микроорганизмов с помощью новой технологии (это устройство называется PhyloChip и может различать до 9 тыс. различных генов). Пробы воздуха были взяты в двух городах США - Сант-Антонио и Остин. При этом был использован принципиально новый метод учета микроорганизмов. Ранее их "высевали" в питательную среду, однако, если среда оказывалась неподходящей для "детей эфира", они погибали и, следовательно, не учитывались при подсчетах (иногда погибают до 99% посеянных микробов).
Газовый состав атмосферы: N – азот ~ 78,08%; O - кислород ~20,95%; инертные газы: H- водород, He-гелий, Ne –неон, Ar-аргон, Kr- криптон, Xe – ксенон, Rn – радон ~0.94%; углекислый газ CO 2 ~ 0,03%; а также следы: О 3 , СО, NH 3 , CH 4 , SO 2 и др.
В человеческом организме в принципе возможен синтез соединений азота, т.е. азотом можно питаться. Кислородом мы дышим, а углекислоту выдыхаем. Необходимо отметить инертный газ аргон, который повышает резистентность (сопротивляемость) организма, что обнаружилось при отработке систем жизнеобеспечения космических кораблей.
В закрытом помещении объемом 6 м 3 человек может при отсутствии вентиляции продержаться без риска для жизни не более 12 часов. Всякое физическое напряжение, прием пищи, повышение температуры обойдутся дополнительным потреблением кислорода и могут сократить время выживания до 3 - 4 часов. За этот срок концентрация углекислого газа возрастет с 0,3 до 2,5%. Основная причина, ограничивающая пребывание человека в духоте, - не недостаток кислорода, а именно накопление углекислоты и токсинов. Уже при концентрации СО 2 в 1,5% возникает наркотическое опьянение, а при 3% увеличивается частота дыхания, при 5% наступает смерть. В крови в это время развивается де компенсированный газовый ацидоз - несовместимое с жизнью закисление крови. А вот при вдыхании даже 8% кислорода (вместо обычных 20%) в отсутствие углекислого газа в дыхательной смеси частота и глубина дыхания существенно не меняются! Стоит, однако, к этой смеси добавить 6% СО 2 , как сразу же наступает одышка и человек теряет сознание.
Но возможность дыхания в замкнутом объеме ограничивают не только накопление углекислого газа и израсходование кислорода. Как уже говорилось, человек выделяет в окружающий воздух десятки летучих продуктов обмена веществ. Сочетание газовой хроматографии и масс спектроскопии позволяет зарегистрировать более 400 различных летучих метаболитов в количествах, в десятки и тысячи раз меньших, чем концентрация углекислого газа.
Летучие продукты образуются в ходе реакций обмена (причем не только человека, но и живущих в его организме микробов). Ацетон - главным образом в реакциях окисления жиров, аммиак и сероводород - в реакциях аминокислот, угарный газ - при распаде гемоглобина, предельные углеводороды - в ходе особого , перекисного окисления ненасыщенных жирных кислот. Через легкие выделяется около полутора сотен веществ, около 180 - с мочой, около 200 - через кишечник, 270 - с кожи через потовые железы. Летучие органические соединения с небольшой молекулярной массой выводятся главным образом через легкие, крупные молекулы - через почки, потовые железы и кишечник. Количественные данные по их выделению примерно таковы. В том же замкнутом помещении объемом 6 м 3 за двенадцать часов концентрация ацетона увеличится в 10 раз, аммиака - в 5 раз, альдегидов - в 30 раз, окиси углерода - в 5 раз. Суточные колебания количества большинства выдыхаемых соединений в точности соответствуют суточным изменениям обмена веществ. Днем, в период бодрствования, максимальным концентрациям углекислого газа соответствует наибольшее выделение летучих метаболитов, ночью эти показатели минимальны. Почему их называют еще антропогенными токсинами? А потому, что действие летучих органических веществ может выражаться в сонливости, головных болях, вызывать обмороки.
По сути каждое рабочее помещение и каждая квартира, в которых люди проводят основную часть жизни, представляют собой камеры с профильтрованным воздухом с громадным дефицитом отрицательных аэроионов кислорода, а это ведет к развитию разных болезней и сокращает продолжительность жизни. Число аэроионов кислорода в обитаемых помещениях в присутствии людей быстро уменьшается и останавливается на уровне несократимого минимума в ~20÷50 аэроионов в 1 см 3 воздуха. Одновременно быстро нарастает содержание положительных псевдоаэроионов, которые представляют собой респираторные «электроотбросы» (по выражению А. Л. Чижевского) организма. Количество положительных аэроионов, выбрасываемых при каждом выдохе из легких, достигает ~300 тыс. в 1 см 3 .
Открытые окна, вентиляция и кондиционирование не оказывают существенного влияния на аэроионный режим помещений в присутствии людей. Для устранения избытка положительных псевдоаэроионов необходима мощная подача воздуха и его искусственное обогащение легкими отрицательными аэроионами кислорода с помощью люстр Чижевского. Только таким путем возможно поддерживать аэроионный комфорт в помещениях с содержанием в воздухе оптимального количества аэроионов кислорода (от 1 до ~10÷50 тыс. в 1 см 3), т. е. превращать «мертвый» воздух в «живой».
Дыхание человека- это каждый вдох ~500 см 3 в покое и за сутки набегает ~25 кг воздуха, а при нагрузке потребность резко возрастает. Без воздуха человек уже через пять минут будет задыхаться. Если пища по весу в пять раз меньше воздуха, а если учесть то, что без пищи человек может обходиться до 40 дней, то становиться ясно как важно качество воздуха для человека. Качество воздуха определяют количество аэроионов в воздухе. В комнате концентрация "-" аэроионов ~50÷100 в 1см 3 , а при появлении людей концентрация падает до ~20÷50. Сравните с концентрацией до ~5000 в лесу или у водопада до ~50000.
"Весьма важно заметить , что при испорченном в физико-химическом отношении воздухе не помогут никакие электрические заряды. Электрический заряд не сделает такой воздух максимально биологически активным. Отрицательный заряд будет полезен только в том случае, если воздух содержит нормальный процент кислорода, не вступившего в соединения с другими многочисленными химическими загрязнениями воздуха обитаемых помещений. Застоявшийся, не проветренный, тяжелый воздух населенных комнат или спален с огромным числом псевдоаэроионов (выдохнутые за время сна аэрозоли, заряженные летучие вещества, испарение кожи и т. д.), т. е. воздух испорченный, надо заменить другим - внешним чистым воздухом с нормальным содержанием кислорода. Ошибочным является предположение о том, что аэроионы могут улучшить качество непригодного воздуха, воздуха неполноценного в биологическом отношении. Прежде чем аэроионифицировать помещение, надо проветрить его. Перед сеансом аэроионизации следует открыть форточки или окна. Следовательно, вентиляция, создающая достаточный приток внешнего воздуха, является важнейшим фактором. И только после внедрения вентиляции должна решаться другая, еще более существенная задача - аэроионификация."
А.Л. Чижеский стр.151 Аэроионы и жизнь, М.,Мысль 1999
Все перечисленные аргументы максимально учтены в новой архитектурной ноосферной концепции автора В.Н. Гребнева.
В 1983г. от голода умерло около 20 млн человек – почти 0,5% населения планеты, еще примерно 500 млн сильно пострадали от недоедания. По некоторым оценкам, к концу столетия число людей, находящихся на грани голодной смерти, достигнет 650 млн, а это означает, что пропитание населения – важнейшая проблема современного человечества. Она касается не только тех, кто голоден и недоедает и менее всего способен ее решить, но и в значительной степени тех, кто может предложить рациональные способы решения данной проблемы, основанные на достижениях естествознания, и в первую очередь биохимии, микробиологии и других наук. Эти науки, во-первых, могут способствовать увеличению производства продуктов питания и, во-вторых, предоставить безопасные средства для индивидуального ограничения рождаемости.
Не вызывает сомнения, что производство продовольственных продуктов нельзя существенно увеличить только за счет освоения новых земель. В большинстве стран вся пригодная для сельского хозяйства земля уже обрабатывается. В густо заселенных развивающихся странах расширение пахотных площадей требует больших капиталовложений и сопряженно с нарушением равновесия экологической системы. Поэтому реальное увеличение мировых продовольственных ресурсов может быть достигнуто, в первую очередь, за счет совершенствования технологии производства и повышения качества хранения продуктов питания, сохранения питательных веществ в почве, обеспечения водой поливных земель, повышении эффективности использования солнечной энергии в естественном фотосинтезе и т. п. Современные достижения естествознания, и прежде всего агрохимии, и биохимии, позволяют на молекулярном уровне управлять сложными биохимическими процессами, происходящими при участии минеральных и органических удобрений, гормонов роста, феромонов, питательных, защитных и других веществ, внедрение которых в сельское хозяйство способствует повышению урожайности. При этом любые средства – химические или биологические – не должны приводить к нарушению природного баланса и загрязнению окружающей среды.
Повышение плодородия почвы
Со времен одного из создателей агрохимии, немецкого химика Юстуса Либиха (1803–1873) известно, что для роста и развития растений нужны неорганические вещества: азот, фосфор, калий и кальций. Эти вещества – минеральные удобрения – не взаимозаменяемы, их нельзя заменить и другими веществами. С конца прошлого столетия относительно быстро развивалось и совершенствовалось производство калийных и фосфорных удобрений. В 1975г., например, произведено около 24 млн т калийных удобрений (К 2 О). К концу тысячелетия ожидается увеличение объема их производства вдвое. На каждый гектар полевых угодий вносится в среднем около 100 кг калийных удобрений.
Фосфор в достаточном количестве содержится в почве: в слое пахотной земли толщиной 40 см на площади 1 га рассеяно около 20 т фосфорного вещества Р 2 О 5 . Однако он чрезвычайно медленно попадает к растениям, поэтому во многие виды почв необходимо вносить фосфорные удобрения. В 1975 г. во всем мире их произведено примерно 30 млн т.
С конца прошлого столетия в областях с интенсивным земледелием стала ощущаться нехватка азота в почве. Производство азотных удобрений включает синтез аммиака NH 3 и основано на связывании азота воздуха. В 1917 г. была произведена первая цистерна аммиака. В 1975 г. объем мирового производства азотных удобрений составил свыше 45 млн т. Предполагается, что к 2000 г. он возрастет до 100 млн т. С каждым килограммом азотных удобрений, внесенных на га почвы, урожай зерновых культур увеличивается на 8–11 кг, картофеля на 90 кг, кормовых трав – на 100 кг. Отношение производственных затрат к полученной прибыли при введении химических минеральных удобрений составляет в зависимости от культуры от 1:3 до 1:10.
Примерно с середины нашего столетия в поле зрения агрохимиков попали микроэлементы – бор, медь, марганец, молибден, цинк. Потребность в них составляет всего несколько сотен граммов на 1 га, но их отсутствие приводит к существенному снижению урожая. С 1970 г. налажено производство комплексных удобрений, содержащих все необходимые растениям микроэлементы. Обычно их изготавливают на основе сульфата аммония.
До недавнего времени при внесении удобрений, руководствовались преимущественно эмпирическим подходом, который не всегда оказывался эффективным и рациональным. В последнее время постепенно внедряется естественно-научный подход: дозы вносимых в почву удобрений и сроки их внесения рассчитываются исходя из биохимического анализа почвы и с учетом специфики выращиваемой культуры, погодных и климатических условий и т. п. Получены неплохие результаты при выращивании растений в тепличных условиях на гидропонике с автоматической подачей жидких питательных смесей, их дозировкой и регулированием температуры. В таких искусственных условиях собирают, например, не менее шести урожаев томатов в год, причем их урожайность составляет около 400 кг овощей с 1м 2 .
В последнее время все чаще говорят об ограничении применения химических удобрений, что связывают с опасным для здоровья ухудшением качества выращенной продукции. Однако до сих пор отрицательное действие на здоровье человека продуктов питания, выращенных с применением удобрений, никем не доказано. Напротив, оптимальное количество удобрений служит основой выращивания высококачественной сельскохозяйственной продукции. В то же время существует опасность, вызванная нежелательным накоплением неорганических веществ в водах вследствие вымывания избыточного количества удобрений из почвы. Такое загрязнение водных ресурсов можно свести к минимуму при внесении оптимального количества удобрений в сроки максимального их потребления растениями и с учетом погодных условий.
Сегодня более 1/3 населения Земли питается за счет выращиваемого урожая с применением минеральных удобрений. Однако производство удобрений в различных странах из-за разной степени их индустриализации колеблется в широких пределах. Почти 80–90% всех минеральных удобрений потребляется в Европе, Японии и Северной Америке.
Фиксация азота
Основным продуктом для азотсодержащих удобрений служит аммиак NH 3 , который синтезируется из азота воздуха и водорода при температуре 500° С и давлении 300 атм при наличии катализатора железа в сочетании со щелочным металлом. Такой процесс требует больших затрат энергии, сложной техники контроля и управления. Ежегодно синтезируется более 60 млн т аммиака, что, естественно, сопряжено с гигантскими капиталовложениями. Поэтому ведется интенсивный поиск более эффективных способов обогащения почвы азотом.
В процессе роста многие растения поглощают азот преимущественно из почвы. Многовековая практика севооборота в какой-то степени способствует пополнению почвы азотом. Казалось бы, что может быть доступнее азота: основной компонент воздуха – азот. Однако, как уже отмечалось, азот воздуха с большим трудом превращается в полезный и нужный продукт.
Все же некоторые растения способны превращать элементный азот воздуха в необходимые им соединения. Каков же механизм такого превращения? Многолетние наблюдения показали, что в этом процессе участвуют бактерии и водоросли, способные восстанавливать атмосферный азот до аммиака. Происходит важнейший естественный процесс – фиксация азота. Фиксированный азот затем превращается растениями в аминокислоты, белки и другие органические азотсодержащие соединения. Растения семейства бобовых, например соя, клевер и люцерна, фиксируют азот с помощью клубеньковых бактерий, живущих на их корнях. Около 170 разновидностей небобовых растений способны фиксировать азот. Природными фиксаторами азота могут быть некоторые свободно живущие бактерии и сине-зеленые водоросли.
В результате биохимических исследований установлено, что в фиксации азота участвует фермент, называемый нитрогеназой и состоящий из двух белков. Молекулярная масса одного из них (динитрогеназы) равна примерно 220000. Он содержит два атома молибдена и по 32 атома железа и реакционноспособной серы. Второй белок (динитрогеназа-редуктаза) построен из двух идентичных группировок с молекулярной массой 29000, каждая из которых содержит по 4 атома железа и серы.
Специально разработанные способы очистки и спектроскопические исследования позволили отчасти выяснить последовательность элементарных актов фиксации азота под действием фермента – нитрогеназы (рис. 7.15). Возможно, в ближайшем будущем проблема фиксации азота по принципу действия клубеньковых бактерий будет успешно решена в искусственных условиях.
Интенсивно разрабатывается и другое направление – генетическое исследование фиксации азота растениями. Применение рекомбинантной ДНК и разработка новых методов контроля за развитием и старением растений будут способствовать более полному раскрытию механизма фиксации азота и созданию штаммов, эффективно фиксирующих азот. Весьма важная и увлекательная задача – распространить природную способность некоторых растений фиксировать азот на продовольственные культуры, т. е. сделать их самоудобряющимися. В будущем такую практически значимую задачу предстоит решить.
Белок - основа питания
Основу питания людей и животных составляют белки, жиры и углеводы. Если содержание в пище углеводов и жиров – носителей энергии – может быть ограничено, то для белков это недопустимо: они нужны для постоянной регенерации органов и роста организма. Нехватка белков приводит к истощению организма. Необходимая для нормальной жизнедеятельности организма ежедневная норма потребления белков составляет для взрослых до 1 г, а для детей 2–3 г на килограмм массы тела. Ежедневное потребление белков для взрослых должно быть 60–100 г. Однако данные нормы, рекомендованные специалистами, не всегда выполняются. Например, в промышленно развитых странах на душу населения в сутки приходится 85–95 г белков, а в слаборазвитых странах – 50 г.
Более 60% потребляемых человечеством белков имеют растительное происхождение. Наиболее ценны сельскохозяйственные культуры с повышенным содержанием белков: пшеница, рис, кукуруза и др. Среднее содержание белков в них колеблется от 9 до 14%. В последние десятилетия выращены сорта пшеницы с содержанием белков более 20%. Потребность населения в белках постоянно растет (рис. 7.16).
Из двадцати аминокислот, необходимых для жизнедеятельности организма, образования скелета и тканей, только 12 могут быть синтезированы самим организмом. Остальные, в том числе лизин, метионин и трифтофан, должны вводиться с пищей. Доля таких определяющих жизнедеятельность организма аминокислот в большинстве растительных продуктов очень мала. Состав легко усвояемых животных белков значительно ближе к белкам нашего тела, поэтому потребность в аминокислотах может быть удовлетворена потреблением мясной пищи.
На первый взгляд может показаться, что проблему производства белка можно легко решить увеличением продуктов животноводства. Однако такая проблема гораздо сложнее. Во-первых, превращение растительных продуктов в животные характеризуется отношением 6:1. Во-вторых, для роста животных, в свою очередь, требуется огромное количество ценных белков.
Большие резервы белков сосредоточены в листьях растений. Они достигают на 1 га в год около 2 т, а в тропиках – до 5 т. Однако извлечение белков из листьев требует больших затрат энергии.
Для повышения биологической активности в растительные белки вводят недостающие аминокислоты. Например, при добавлении 0,4% лизина к пшеничной муке ее биологическая активность повышается не менее чем на 50%. В птицеводстве и свиноводстве применяется обогащенная метионином соевая мука, содержащая сравнительно большой процент белков. В результате генетической операции можно увеличить содержание лизина в белке. Таким способом удалось повысить содержание лизина в белке кукурузы и пшеницы с 2 до 4%.
В последние десятилетия большое внимание уделяется разработке и производству пищевой биомассы с большим процентным содержанием белков. Современные средства биотехнологии позволяют получать в огромных количествах искусственные белковые вещества из древесных отходов, нефти и нефтепродуктов, а также из природного газа. Искусственные белковые питательные вещества широко используются в животноводстве и тем самым дают возможность производить высококачественную мясную продукцию. Разработанные сравнительно недавно методы генной технологии ставят на более высокий уровень биотехнологический процесс производства ценнейших белковых продуктов.
Одно из важных направлений деятельности микробиологов связано с повышением питательных и вкусовых качеств пищи. Пища – не только средство для нормальной жизнедеятельности человека, но и источник удовольствия. Однако стремление испытать удовольствие часто приводит к перееданию. Например, по мнению специалистов, во многих развитых странах около 20% мужского и 40% женского населения едят гораздо больше, чем необходимо организму. Установлено, что нормальное потребление человеком сахара в год не должно превышать 18 кг, в то время как в некоторых странах данная цифра достигает 60 кг. Чрезмерное потребление сахара или других продуктов питания, конечно же, губительно влияет на здоровье человека и чаще всего приводит к ожирению. Есть надежда, что микробиологи предложат эффективные средства, позволяющие ограничивать излишнее потребление вкусной и калорийной пищи.
Рост населения и обеспечение продовольствием
Одна из важнейших составляющих жизнеобеспечения - производство и потребление продуктов питания. История развития производства продовольственных продуктов связана с зарождением сельского хозяйства, первые признаки которого проявились примерно 12 тыс. лет назад. В то время численность населения планеты составляла около 15 млн человек. К началу нового летоисчисления насчитывалось приблизительно 250 млн человек. К 1650 г. население удвоилось, достигнув 500 млн. Следующее удвоение (рост до 1 млрд) произошло примерно через 200 лет (к 1850 г.). В 1999 г. численность населения Земли достигла 6 млрд. При росте населения 2% в год она составит к 2020 г. около 10 млрд. Годовой прирост населения в мире снижается, хотя в Африке, например, он существенно увеличивается.
В 1983г. от голода умерло около 20 млн человек - почти 0,5% населения планеты, еще примерно 500 млн сильно пострадали от недоедания. По некоторым оценкам, к концу столетия число людей, находящихся на грани голодной смерти, достигнет 650 млн, а это означает, что пропитание населения - важнейшая проблема современного человечества. Она касается не только тех, кто голоден и недоедает и менее всего способен ее решить, но и в значительной степени тех, кто может предложить рациональные способы решения данной проблемы, основанные на достижениях естествознания, и в первую очередь биохимии, микробиологии и других наук. Эти науки, во-первых, могут способствовать увеличению производства продуктов питания и, во-вторых, предоставить безопасные средства для индивидуального ограничения рождаемости.
Не вызывает сомнения, что производство продовольственных продуктов нельзя существенно увеличить только за счет освоения новых земель. В большинстве стран вся пригодная для сельского хозяйства земля уже обрабатывается. В густо заселенных развивающихся странах расширение пахотных площадей требует больших капиталовложений и сопряженно с нарушением равновесия экологической системы. Поэтому реальное увеличение мировых продовольственных ресурсов может быть достигнуто, в первую очередь, за счет совершенствования технологии производства и повышения качества хранения продуктов питания, сохранения питательных веществ в почве, обеспечения водой поливных земель, повышении эффективности использования солнечной энергии в естественном фотосинтезе и т. п. Современные достижения естествознания, и прежде всего агрохимии, и биохимии, позволяют на молекулярном уровне управлять сложными биохимическими процессами, происходящими при участии минеральных и органических удобрений, гормонов роста, феромонов, питательных, защитных и других веществ, внедрение которых в сельское хозяйство способствует повышению урожайности. При этом любые средства - химические или биологические - не должны приводить к нарушению природного баланса и загрязнению окружающей среды.
Повышение плодородия почвы
Со времен одного из создателей агрохимии, немецкого химика Юстуса Либиха (1803-1873) известно, что для роста и развития растений нужны неорганические вещества: азот, фосфор, калий и кальций. Эти вещества - минеральные удобрения - не взаимозаменяемы, их нельзя заменить и другими веществами. С конца прошлого столетия относительно быстро развивалось и совершенствовалось производство калийных и фосфорных удобрений. В 1975г., например, произведено около 24 млн т калийных удобрений (К2О). К концу тысячелетия ожидается увеличение объема их производства вдвое. На каждый гектар полевых угодий вносится в среднем около 100 кг калийных удобрений.
Фосфор в достаточном количестве содержится в почве: в слое пахотной земли толщиной 40 см на площади 1 га рассеяно около 20 т фосфорного вещества Р2О5. Однако он чрезвычайно медленно попадает к растениям, поэтому во многие виды почв необходимо вносить фосфорные удобрения. В 1975 г. во всем мире их произведено примерно 30 млн т.
С конца прошлого столетия в областях с интенсивным земледелием стала ощущаться нехватка азота в почве. Производство азотных удобрений включает синтез аммиака NH3 и основано на связывании азота воздуха. В 1917 г. была произведена первая цистерна аммиака. В 1975 г. объем мирового производства азотных удобрений составил свыше 45 млн т. Предполагается, что к 2000 г. он возрастет до 100 млн т. С каждым килограммом азотных удобрений, внесенных на га почвы, урожай зерновых культур увеличивается на 8-11 кг, картофеля на 90 кг, кормовых трав - на 100 кг. Отношение производственных затрат к полученной прибыли при введении химических минеральных удобрений составляет в зависимости от культуры от 1:3 до 1:10.
Примерно с середины нашего столетия в поле зрения агрохимиков попали микроэлементы - бор, медь, марганец, молибден, цинк. Потребность в них составляет всего несколько сотен граммов на 1 га, но их отсутствие приводит к существенному снижению урожая. С 1970 г. налажено производство комплексных удобрений, содержащих все необходимые растениям микроэлементы. Обычно их изготавливают на основе сульфата аммония.
До недавнего времени при внесении удобрений, руководствовались преимущественно эмпирическим подходом, который не всегда оказывался эффективным и рациональным. В последнее время постепенно внедряется естественно-научный подход: дозы вносимых в почву удобрений и сроки их внесения рассчитываются исходя из биохимического анализа почвы и с учетом специфики выращиваемой культуры, погодных и климатических условий и т. п. Получены неплохие результаты при выращивании растений в тепличных условиях на гидропонике с автоматической подачей жидких питательных смесей, их дозировкой и регулированием температуры. В таких искусственных условиях собирают, например, не менее шести урожаев томатов в год, причем их урожайность составляет около 400 кг овощей с 1м2.
В последнее время все чаще говорят об ограничении применения химических удобрений, что связывают с опасным для здоровья ухудшением качества выращенной продукции. Однако до сих пор отрицательное действие на здоровье человека продуктов питания, выращенных с применением удобрений, никем не доказано. Напротив, оптимальное количество удобрений служит основой выращивания высококачественной сельскохозяйственной продукции. В то же время существует опасность, вызванная нежелательным накоплением неорганических веществ в водах вследствие вымывания избыточного количества удобрений из почвы. Такое загрязнение водных ресурсов можно свести к минимуму при внесении оптимального количества удобрений в сроки максимального их потребления растениями и с учетом погодных условий.
Сегодня более 1/3 населения Земли питается за счет выращиваемого урожая с применением минеральных удобрений. Однако производство удобрений в различных странах из-за разной степени их индустриализации колеблется в широких пределах. Почти 80-90% всех минеральных удобрений потребляется в Европе, Японии и Северной Америке.
Фиксация азота
Основным продуктом для азотсодержащих удобрений служит аммиак NH3, который синтезируется из азота воздуха и водорода при температуре 500° С и давлении 300 атм при наличии катализатора железа в сочетании со щелочным металлом. Такой процесс требует больших затрат энергии, сложной техники контроля и управления. Ежегодно синтезируется более 60 млн т аммиака, что, естественно, сопряжено с гигантскими капиталовложениями. Поэтому ведется интенсивный поиск более эффективных способов обогащения почвы азотом.
В процессе роста многие растения поглощают азот преимущественно из почвы. Многовековая практика севооборота в какой-то степени способствует пополнению почвы азотом. Казалось бы, что может быть доступнее азота: основной компонент воздуха - азот. Однако, как уже отмечалось, азот воздуха с большим трудом превращается в полезный и нужный продукт.
Все же некоторые растения способны превращать элементный азот воздуха в необходимые им соединения. Каков же механизм такого превращения? Многолетние наблюдения показали, что в этом процессе участвуют бактерии и водоросли, способные восстанавливать атмосферный азот до аммиака. Происходит важнейший естественный процесс - фиксация азота.
Фиксированный азот затем превращается растениями в аминокислоты, белки и другие органические азотсодержащие соединения. Растения семейства бобовых, например соя, клевер и люцерна, фиксируют азот с помощью клубеньковых бактерий, живущих на их корнях. Около 170 разновидностей небобовых растений способны фиксировать азот. Природными фиксаторами азота могут быть некоторые свободно живущие бактерии и сине-зеленые водоросли.
В результате биохимических исследований установлено, что в фиксации азота участвует фермент, называемый нитрогеназой и состоящий из двух белков. Молекулярная масса одного из них (динитрогеназы) равна примерно 220000. Он содержит два атома молибдена и по 32 атома железа и реакционноспособной серы. Второй белок (динитрогеназа-редуктаза) построен из двух идентичных группировок с молекулярной массой 29000, каждая из которых содержит по 4 атома железа и серы.
Специально разработанные способы очистки и спектроскопические исследования позволили отчасти выяснить последовательность элементарных актов фиксации азота под действием фермента - нитрогеназы (рис. 7.15). Возможно, в ближайшем будущем проблема фиксации азота по принципу действия клубеньковых бактерий будет успешно решена в искусственных условиях.
Интенсивно разрабатывается и другое направление - генетическое исследование фиксации азота растениями. Применение рекомбинантной ДНК и разработка новых методов контроля за развитием и старением растений будут способствовать более полному раскрытию механизма фиксации азота и созданию штаммов, эффективно фиксирующих азот. Весьма важная и увлекательная задача - распространить природную способность некоторых растений фиксировать азот на продовольственные культуры, т. е. сделать их самоудобряющимися. В будущем такую практически значимую задачу предстоит решить.
Белок - основа питания
Основу питания людей и животных составляют белки, жиры и углеводы. Если содержание в пище углеводов и жиров - носителей энергии - может быть ограничено, то для белков это недопустимо: они нужны для постоянной регенерации органов и роста организма. Нехватка белков приводит к истощению организма. Необходимая для нормальной жизнедеятельности организма ежедневная норма потребления белков составляет для взрослых до 1 г, а для детей 2-3 г на килограмм массы тела. Ежедневное потребление белков для взрослых должно быть 60-100 г. Однако данные нормы, рекомендованные специалистами, не всегда выполняются. Например, в промышленно развитых странах на душу населения в сутки приходится 85-95 г белков, а в слаборазвитых странах - 50 г.
Более 60% потребляемых человечеством белков имеют растительное происхождение. Наиболее ценны сельскохозяйственные культуры с повышенным содержанием белков: пшеница, рис, кукуруза и др. Среднее содержание белков в них колеблется от 9 до 14%. В последние десятилетия выращены сорта пшеницы с содержанием белков более 20%. Потребность населения в белках постоянно растет (рис. 7.16).
Из двадцати аминокислот, необходимых для жизнедеятельности организма, образования скелета и тканей, только 12 могут быть синтезированы самим организмом. Остальные, в том числе лизин, метионин и трифтофан, должны вводиться с пищей. Доля таких определяющих жизнедеятельность организма аминокислот в большинстве растительных продуктов очень мала. Состав легко усвояемых животных белков значительно ближе к белкам нашего тела, поэтому потребность в аминокислотах может быть удовлетворена потреблением мясной пищи.
На первый взгляд может показаться, что проблему производства белка можно легко решить увеличением продуктов животноводства. Однако такая проблема гораздо сложнее. Во-первых, превращение растительных продуктов в животные характеризуется отношением 6:1. Во-вторых, для роста животных, в свою очередь, требуется огромное количество ценных белков.
Большие резервы белков сосредоточены в листьях растений. Они достигают на 1 га в год около 2 т, а в тропиках - до 5 т. Однако извлечение белков из листьев требует больших затрат энергии.
Для повышения биологической активности в растительные белки вводят недостающие аминокислоты. Например, при добавлении 0,4% лизина к пшеничной муке ее биологическая активность повышается не менее чем на 50%. В птицеводстве и свиноводстве применяется обогащенная метионином соевая мука, содержащая сравнительно большой процент белков. В результате генетической операции можно увеличить содержание лизина в белке. Таким способом удалось повысить содержание лизина в белке кукурузы и пшеницы с 2 до 4%.
В последние десятилетия большое внимание уделяется разработке и производству пищевой биомассы с большим процентным содержанием белков. Современные средства биотехнологии позволяют получать в огромных количествах искусственные белковые вещества из древесных отходов, нефти и нефтепродуктов, а также из природного газа. Искусственные белковые питательные вещества широко используются в животноводстве и тем самым дают возможность производить высококачественную мясную продукцию. Разработанные сравнительно недавно методы генной технологии ставят на более высокий уровень биотехнологический процесс производства ценнейших белковых продуктов.
Одно из важных направлений деятельности микробиологов связано с повышением питательных и вкусовых качеств пищи. Пища - не только средство для нормальной жизнедеятельности человека, но и источник удовольствия. Однако стремление испытать удовольствие часто приводит к перееданию. Например, по мнению специалистов, во многих развитых странах около 20% мужского и 40% женского населения едят гораздо больше, чем необходимо организму. Установлено, что нормальное потребление человеком сахара в год не должно превышать 18 кг, в то время как в некоторых странах данная цифра достигает 60 кг. Чрезмерное потребление сахара или других продуктов питания, конечно же, губительно влияет на здоровье человека и чаще всего приводит к ожирению. Есть надежда, что микробиологи предложат эффективные средства, позволяющие ограничивать излишнее потребление вкусной и калорийной пищи.
Перспективы увеличения продовольственных ресурсов
На протяжении довольно продолжительного времени проблема увеличения продовольственных ресурсов решалась преимущественно путем расширения культивируемых земель. К настоящему времени, когда практически все пахотные земли освоены, нужно решать данную проблему другими путями, многие из которых только сейчас начинают развиваться на базе последних достижений естествознания и в первую очередь микробиологии.
Традиционные пути решения проблемы увеличения продовольственных ресурсов основаны на совершенствовании технологии производства и хранения продуктов питания. В производственном процессе должны восстанавливаться состав и структура почвы и тем самым сохраняться ее плодородие. На всех стадиях производства продуктов питания и при их хранении важную роль играют естественно-научные знания, поскольку они позволяют понять природу микропроцессов, лежащих в основе развития живых систем разных биологических уровней.
Современные естественно-научные средства дают возможность изучить на молекулярном уровне влияние на живые системы различных веществ, которые приводят к увеличению производства продуктов питания. К таким веществам относят гормоны, феромоны, защитные и питательные вещества. Они оказывают активное действие на домашних животных, культурные растения и их естественных вредителей.
Существенным фактором производства продуктов питания является контроль за вредителями. В недавнем прошлом основное внимание уделялось поиску химических соединений для уничтожения вредных насекомых. При таком подходе природный биологический баланс нарушается и окружающая среда засоряется посторонними и чаще всего вредными веществами. Рациональная задача заключается прежде всего в контроле воздействия вредных насекомых, а не в их полном истреблении. В результате исследования биохимических процессов в самих организмах стало возможным ограничить наносимый вредителями урон такими средствами, которые не опасны для природы даже при длительном их применении. Фундаментальные проблемы биологических систем все в большей степени переплетаются с проблемами молекулярных структур и химических процессов.
Благодаря фотосинтезу живые растения получают энергию, необходимую для превращения диоксида углерода и воды в органические соединения с одновременным выделением молекулярного кислорода. Поскольку увеличение продовольственных ресурсов в конечном результате зависит от роста растений, фотосинтез играет ключевую роль в производстве продуктов питания, фотосинтез -
это важнейший естественный процесс, посредством которого зеленые растения, водоросли и фотосинтезирующие бактерии используют солнечную энергию для стимулирования химических реакций. При фотосинтезе содержащийся в хлоропластах растений хлорофилл поглощает световую энергию и превращает ее в энергию химических связей органических соединений. Хлорофилл
имеет сложную структуру циклического соединения, содержащего атом магния. Одна из разновидностей структуры хлорофилла показана на рис. 7.17.
Клетки растений можно представить в виде химических фабрик, где углерод из углекислого газа объединяется с водородом, образуя углеводородные соединения, составляющие основу растений. В результате фотосинтеза колоссальное количество углерода превращается в полезные вещества.
Установлено, что энергия необходимая для фотосинтеза, примерно на две трети обеспечивается излучением в красной и ближней инфракрасной области солнечного спектра. Кроме того, спектроскопические исследования показывают, что фотосинтез включает взаимодействие многих молекул хлорофилла. При этом, как предполагается, центром фотореакции является пара параллельных хлорофилловых колец, удерживаемых на близком расстоянии друг от друга водородными связями между аминокислотными группами. Все эти сведения весьма важны для понимания сущности фотосинтеза и его воспроизведения. Воспроизведение фотосинтеза в лабораторных условиях было бы величайшим достижением естествознания.
Фотосинтез -
важнейший источник не только продовольственных ресурсов, но и энергии. В результате превращения органического растительного сырья можно получить громадное количество энергии. Благодаря фотосинтезу воздух очищается от углекислого газа, который превращается в весьма ценные органические вещества. В этой связи всестороннее изучение фотосинтеза и его воспроизведение в лаборатории - чрезвычайно важные и практически значимые задачи.
Средства сохранения здоровья
Лекарственные препараты от различных заболеваний известны с давних времен, но лишь в последние 100 лет благодаря развитию биохимии и микробиологии появилось более 95% всех лекарств. Полезный эффект врачебной деятельности в развитых странах примерно на 70% определяется наличием лекарств. Идет ли речь о головной боли, расстройствах пищеварения или пневмонии, кашле, тифе или малярии - в руках врачей всегда находится сильнодействующее средство. Благодаря эффективным лекарственным препаратам вытеснена чума, возникли перспективы излечения многочисленных инфекционных заболеваний, резко снизилась детская смертность, и т. д.
В последнее время существенно изменились методы разработки фармакологически активных соединений. Значительные успехи достигнуты в понимании на молекулярном уровне химических реакций, управляющих биологическими процессами. В качестве примера можно назвать новые эффективные препараты, регулирующие активность ферментов и рецепторы.
Участвуя в большинстве химических превращений, происходящих в живых организмах, ферменты формируют химических посредников, регулирующих такие превращения. Посредники называются гормонами
и медиаторами.
В живых организмах гормоны
находятся в крови, а медиаторы -
в промежутках между нервными клетками. Гормоны и медиаторы управляют процессами жизнедеятельности - сокращением мышц и выделением адреналина. Оказать влияние на них и, следовательно, на управляемые ими процессы можно при воздействии на вырабатывающие их ферменты. Вещество, подавляющее активность фермента, называется его ингибитором.
Разработанные ингибиторы ферментов весьма эффективны в лечении гипертонии, атеросклероза и астмы.
Рецепторы -
макромолекулы, инициирующие биологические процессы. При активации соответствующими гормонами они распознают и связывают биологически активные молекулы, вступившие в каталитическое и регулирующее взаимодействие. Существуют два типа агентов, взаимодействующих с рецепторами: агонисты и антагонисты. Агонисты вызывают биологическую реакцию, а антагонисты
ее блокируют. Некоторые агенты могут связываться одновременно с разными рецепторами и, следовательно, участвовать в различных биологических процессах. Например, гистамин, связываясь с H1-рецептором, инициирует аллергические реакции и, активизируя Н2-рецептор, способствует выделению желудочного сока. Избыток желудочного сока раздражает стенки желудка и приводит к язве. Лекарственный препарат - циметидин - специфический антагонист Н2-рецептора, подавляющий выделение желудочного сока. Норадреналин - химический агент нервной системы. Он контролирует выделение адреналина и связывается с четырьмя видами рецепторов, ответственных за различные биологические процессы. Уже доказано, что соединения-антагонисты эффективны при лечении сердечно-сосудистых заболеваний, рака, расстройства центральной нервной и эндокринной систем.
В 30-х годах было установлено, что некоторые органические соединения вызывают канцерогенное действие на подопытных животных. Сегодня полагают, что ряд природных и синтетических соединений, содержащихся в окружающей среде, могут способствовать возникновению у людей раковых заболеваний. К 1968 г. исследования показали, что различные химические канцерогены образуют ковалентные связи с клеточными макромолекулами (белками, РНК, ДНК), и такие связи приводят к раковым заболеваниям. Некоторые химические соединения являются праканцерогенами. Они превращаются в химически активные канцерогены при попадании в организм. Молекула ДНК с присоединенным к ней канцерогеном называется ДНК-аддуктом.
Конечные продукты взаимодействия между организмом и канцерогеном могут приводить к изменениям в ДНК, т. е. могут вызвать мутации.
При злокачественном перерождении клеток происходит ненормальное их развитие. Недавно установлено, что злокачественное перерождение клеток связано с определенными генами здоровых клеток. Данные гены идентичны или родственны генам некоторых вирусов (онкогенам), преобразующим нормальные клетки в злокачественные. К настоящему времени химики-органики умеют определять последовательности нуклеотидов в нормальном гене и онкогене, а также последовательности аминокислот в белках, кодируемых данными генами. Установление различий между белками нормальной и больной клетки на молекулярном уровне весьма важно при разработке терапевтических методов лечения.
Первоначально рак лечили ядами, синтезируемыми из природных веществ. В последнее время много новых и клинически эффективных препаратов выделено из микроорганизмов. Некоторые из них взаимодействуют с ДНК пораженных клеток, внедряясь в спиральные нити ДНК. Широко применяемые противораковые средства, известные под названием антиметаболитов, по своей структуре напоминают природные соединения, нарушающие обмен веществ.
Многие воспалительные болезни вызываются расстройством иммунной системы. Иммунная система
противодействует заболеванию организма и вторжению в него посторонних веществ. К настоящему времени установлены ферменты и другие белки, фиксирующие инородные тела и координирующие ответную реакцию организма. Клетки плазмы, продуцируемые белыми кровяными тельцами, выделяют в кровь антитела, которые нейтрализуют чужеродные белки или полисахариды, способные вызывать заболевания. Химическая природа молекул антител известна, но в то же время предстоит большая работа ученых разных профессий, направленная на эффективное лечение прогрессирующей болезни - синдрома приобретенного иммунодефицита (СПИДа).
Иммунная система служит для биосинтеза антител (антигенов) - защитных белков для нейтрализации чужеродных молекул. Определенная последовательность аминокислот белковой цепи задает избирательность ферментов. Формирование активных центров ферментов и их структура во многом определяются действием вводимого антитела. Более 100 каталитических антител успешно применяются для ферментативных реакций. Специалисты считают, что каталитические антитела принадлежат к биокатализаторам нового поколения.
Серьезную опасность для здоровья человека представляют радионуклиды и тяжелые металлы. Они содержатся в отходах предприятий, выбросах в атмосферу и выхлопах автомобилей, загрязняют почву и воду, накапливаются в живых клетках растений и животных, а оттуда с продуктами питания попадают в организм человека (рис. 7.18). 
Путешествуя с потоком крови по организму человека, загрязняющие вещества наносят ему немало вреда. Так, тяжелые металлы замедляют рост и умственное развитие детей, вызывают болезни нервной системы, почек и печени. Если в организм попадают радиоактивные молекулы, или радионуклиды, то они вызывают повреждения в наследственном веществе, снижение иммунитета, онкологические заболевания.
После аварии на Чернобыльской АЭС активизировался поиск препаратов, очищающих организм человека от радиоактивных атомов. Необходимо было найти вещества, способные образовывать прочные соединения с радиоактивными изотопами, которые потом легко выводятся из организма. Один из таких препаратов, как следует из источника периодической печати, был найден в альгинатах - продуктах переработки бурых морских водорослей. Как выяснилось, эти водоросли в природе очищают воду океана от тяжелых металлов, лишних солей, радиоактивных изотопов. Синтезированный в нашей стране препарат альгисорб способен очищать организм человека от радиоактивных изотопов, не нарушая обмена веществ, не вызывая аллергических реакций и не влияя на наследственность.
7.13. Продление жизни организма
Общие сведения
Старение любого организма, в том числе организма человека, воспринимается чаще всего как естественный и неизбежный процесс. Средняя продолжительность жизни человека колеблется в относительно широких пределах - от 55 до 85 лет. В последние десятилетия в развитых странах она составляет около 70 лет. Продолжительность жизни человека может достигать 100 и более лет. И такие случаи не редкость, например, для людей, проживающих в селениях горного Кавказа, Это означает, что потенциальные возможности долголетней жизни еще не реализованы. Проблема продления жизни живого организма актуальна и по сей день. И ее решение во многом зависит от усилий ученых: медиков, биохимиков, психологов и др.
Предполагается, что процесс старения обусловливается нарушением в организме ферментативных реакций, вызываемым различными отклонениями в гормональной системе управления. Современные медицинские средства позволяют корректировать гормональную систему и, казалось бы, успешно решать проблему продления жизни живых организмов. Однако проблема оказалась не такой уж простой.
Первые систематические опыты по выявлению влияния различных факторов на продолжительность жизни проводились на подопытных дрозофилах и дафниях. В результате многочисленных экспериментов установлено, что при ограничении содержания питательных калорий в качественно разнообразной пище продолжительность жизни дрозофил и дафний может быть увеличена в 3-3,5 раза. При точной дозировке белков в пище, составляющей около 14%, удваивается средняя продолжительность жизни крыс. Продление жизни достигается при действии аминокислот (цистеина), некоторых витаминов, анаболических стероидов, необходимых для синтеза белков в организме, и других веществ. Однако подобные результаты для организма человека пока неизвестны.
Целенаправленные опыты применения разнообразных биохимических препаратов помогут выявить физико-химическую и биологическую природу механизма старения организма. При таком подходе могут быть синтезированы препараты, селективно влияющие на организм, т. е. продлевающие жизнь отдельным органам: печени, сердцу, мозгу и др. Важнейшим результатом данных опытов будет синтез универсального препарата против старения.
Энтропийный характер старения
Естественный процесс старения - вечная тема для размышлений и лучших умов человечества, и обычных людей. С давних времен ученые пытаются раскрыть механизм старения и найти способы его предотвращения. При этом многое остается загадкой, хотя кое-что удалось выяснить совсем недавно.
Иногда встречаются люди, к которым неприменимы обычные правила, - они могут долгое время находиться без сна, не подвержены действию опасных вирусов и т. п. Однако нет человека, неподвластного старению. Каждому человеку известно: все живое стареет и в конце концов погибает, т. е. переходит в другую форму материи. Стареют, ветшают и приходят в негодность даже объекты неживой природы: здания, машины и т. п. Может показаться удивительным - металл тоже стареет. Все это наводит на мысль: старение - это неизбежный, необратимый процесс, общий для живой и неживой природы.
В соответствии со вторым началом термодинамики любой реальный процесс необратим и сопровождается возрастанием энтропии. Энтропия - это мера хаоса, беспорядка. Значит, любой реальный естественный процесс, в том числе и старение, приводит к возрастанию хаоса. В результате старения нарушается упорядоченная взаимосогласованная работа элементов живой системы. Именно в таком смысле можно говорить об энтропийном характере старения объектов живой природы.
Разрушение происходит само собой, а процесс созидания требует затрат энергии. Для создания и существования любой упорядоченной структуры необходим приток энергии, поскольку энергия имеет тенденцию необратимо рассеиваться в пространстве. Такая тенденция носит вероятностный характер и, следовательно, можно говорить: процесс рассеяния энергии более вероятен, чем создание упорядоченных структур. Живые организмы относятся к открытым термодинамическим системам: растения поглощают солнечную энергию, в результате чего образуются органические и неорганические соединения; организмы животных разлагают такие соединения, обеспечивая себя энергией. При этом живые объекты находятся в термодинамическом равновесии с окружающей средой, являясь тем самым своеобразным источником рассеяния энергии. На определенной стадии развития поглощенная открытой системой энергия приводит к ее самоусложнению, а в ряде случаев и к ее совершенствованию.
Образуя все более сложную структуру и накапливая информацию, живые системы стремятся предотвратить необратимое рассеяние энергии и тем самым противостоять возрастанию энтропии не только в окружающей их среде, но и во Вселенной в целом. Такое стремление по своей сути противоположно старению. Противостояние данных процессов можно представить как единство и борьбу противоположностей, т. е. как диалектический закон природы, предписанный генетической программой, неоднократно воспроизводимой живым организмом и передаваемой следующим поколениям.
Механизм старения
В утверждении «все живое подвержено старению» содержится некоторая неточность. Например, что происходит, когда живая клетка или бактерия в процессе размножения делится пополам? Живая клетка при этом не стареет и не погибает, она дает начало другим клеткам, которые в свою очередь снова делятся и т. д. Клетка, давая начало всем остальным, фактически остается бессмертной. Вопрос о старении одноклеточных организмов и непрерывно делящихся клеток, например половых или опухолевых, до сих пор остается открытым. В конце XIX в. немецкий зоолог Август Вейсман (1834-1914) предложил идею о бессмертии бактерий. Многие ученые согласны с ней и сегодня, другие подвергают ее сомнению. При этом те и другие опираются на вполне определенные доказательства.
В многоклеточных организмах значительная часть клеток не может постоянно делиться - они должны выполнять другие функции: обеспечивать движение, питание, управление различными процессами и т. п. Противоречия между функциональной специализацией клеток и их бессмертием природа разрешила путем разделения клеток на два типа: соматические и половые. Соматические клетки
поддерживают жизнедеятельность в организме, а половые делятся, обеспечивая продолжение рода. Соматические клетки стареют и умирают, половые же практически вечны. Существование огромных и сложных многоклеточных организмов, содержащих триллионы соматических клеток, направлено на поддержание бессмертия половых клеток.
Каков же механизм старения соматических клеток? Установлено, что каждая соматическая клетка способна делиться не более 50 раз. Постепенное старение всего организма обусловлено тем, что его соматические клетки исчерпывают отпущенное на их долю число делений. После этого клетки стареют и погибают. Возможны случаи, когда соматические клетки, нарушая такое правило, делятся, непрерывно воспроизводя свои копии. Однако такое деление ни к чему хорошему не приводит - ведь именно так появляется в организме опухоль, часто приводящая к гибели всего организма.
Старение и продолжительность жизни
Еще в начале XX в. физиологи обратили внимание на то, что крупные млекопитающие живут дольше, чем мелкие. Например, мышь живет 3,5 года, собака - 20 лет, слон - 70. Такая зависимость объяснялась разной интенсивностью обмена веществ. Средняя суммарная затрата энергии на единицу массы тела у разных млекопитающих в течение жизни примерно одинакова - 200 ккал/г. Каждый вид способен переработать лишь определенное количество энергии - исчерпав ее, он погибает.
Интенсивность обмена веществ и общее потребление кислорода зависят от размера животного. Существует обратная зависимость между интенсивностью обмена веществ и продолжительностью жизни. Малая масса тела и высокий обмен веществ обусловливают небольшую продолжительность жизни. Однако из данного простого правила существует немало исключений. Например, суммарные затраты энергии, приходящиеся на единицу массы тела, у человека очень высоки, а продолжительность жизни в четыре раза больше, чем должна быть при соответствующем таким затратам обмене веществ. С чем это связано - выяснилось сравнительно недавно. Причина кроется в одном важном факторе, определяющем продолжительность жизни, - парциальном давлении кислорода. Концентрация кислорода в воздухе составляет около 20,9%. Ощутимое изменение данной концентрации приводит к гибели живых организмов. То, что нехватка кислорода губительна для живого, известно многим, а вот об опасности его избытка знают немногие. Чистый кислород убивает лабораторных животных в течение нескольких дней, а при давлении 2-5 атм такой срок сокращается до часов и минут.
Предполагается, что атмосфера Земли в ранний период ее развития не содержала кислорода. Насыщенная кислородом атмосфера Земли образовалась примерно 1,4 млрд лет назад в результате жизнедеятельности примитивных организмов, способных к фотосинтезу. Они поглощали солнечную энергию и углекислый газ, выделяя кислород. Жизнедеятельность данных организмов создала таким образом основу для возникновения большого многообразия других живых организмов, потребляющих кислород для дыхания.
Сама по себе молекула кислорода и продукт ее полного восстановления - вода - не токсичны. Однако восстановление кислорода сопровождается образованием повреждающих клетки продуктов: супероксидного анион-радикала, перекиси водорода и гидроксильного радикала. Их называют активными формами кислорода. На их образование расходуется около 5% потребляемого организмом кислорода. Ферменты снижают вредное действие активных форм на клетки. Основную роль при этом играет фермент супероксиддисмутаза, превращающий супероксидные анион-радикалы в более безобидную перекись водорода и в молекулярный кислород. Перекись водорода тут же разрушается другими ферментами - каталазой и пероксидазами.
Известна и положительная роль активных форм кислорода - они способны защищать организм от микробов и даже от некоторых опухолей. Но все же их повышенное содержание приводит к разрушению клеток. Результаты исследований последнего времени показали, что скорость производства активных форм кислорода замедляется углекислым газом, содержащимся в крови. А это означает, что для жизнедеятельности организма необходим и углекислый газ, предотвращающий разрушение клеток.
Выяснение механизма обезвреживания активных форм кислорода способствовало пониманию некоторых проблем радиобиологии, онкологии, иммунологии и т. п. Родилась свободнорадикальная теория старения, в соответствии с которой возрастные изменения в клетках обусловливаются накоплением в них повреждений, вызываемых свободными радикалами - осколками молекул с неспаренными электронами и обладающих в результате этого повышенной химической активностью. Свободные радикалы могут образовываться в клетках под действием радиации, некоторых химических реакций и перепадов температуры. Но все же главный источник свободных радикалов - восстановление молекулы кислорода.
Накопление возрастных изменений в клетках зависит от соотношения двух процессов: образования свободных радикалов и их обезвреживания с помощью супероксиддисмутазы- «фермента антистарения». Количество свободных радикалов, образующихся в клетке, вероятно, возрастает с повышением уровня потребления кислорода или интенсивности обмена веществ. Предполагается, что продолжительность жизни животных и человека зависит от отношения активности супероксиддисмутазы к интенсивности обмена веществ. Высокий уровень активности «фермента антистарения» защищает человека и некоторых животных с интенсивным обменом веществ от преждевременного старения.
Поиск средств против старения
Новое представление о механизме старения позволяет объяснить некоторые факты, хорошо известные геронтологам - ученым, изучающим проблемы старения живых организмов. Например, почему животные, которых кормили малокалорийной, но сбалансированной пищей, живут дольше, чем те, что питались вдоволь? Ответ простой - потому что ограниченное питание уменьшает интенсивность обмена веществ и соответственно замедляет накопление повреждений в клетках. Большая продолжительность жизни женщин (в среднем на 10 лет) связана с более низкой интенсивностью обмена веществ. Феномен долгожительства в горных районах также объясняется меньшей интенсивностью обмена веществ у людей, живущих в условиях с пониженным содержанием кислорода.
Разный срок отпущен клеткам внутри одного организма человека: чем больше в клетках супероксид-дисмутазы, тем меньше степень их повреждения активными формами кислорода, тем дольше они живут. Поэтому некоторые клетки крови, например, живут несколько часов, а другие - несколько лет.
Наблюдения показали, что изменения в организме при естественном старении и действии радиации похожи. Оказалось, что при действии радиации происходит разложение воды с образованием активных форм кислорода, которые начинают повреждать клетки.
Результаты исследований последнего времени позволили выработать стратегию поиска средств против старения. Например, удалось увеличить в полтора раза жизнь лабораторных животных, вводя в их рацион сильные антиоксиданты. Введение в организм животных антиоксидантов типа супероксиддисмутазы защищает их от токсичного действия кислорода и способствует увеличению продолжительности их жизни. Такие эксперименты вселяют надежду на то, что антиоксиданты могут быть использованы как эффективное средство против старения человека.
В современном понимании процесс старения запрограммирован генетически. Поэтому проблема продления жизни организма должна решаться современными средствами молекулярной биологии и генной инженерии. Предполагается, что в старении повинны полифункциональные соединения в виде продуктов обмена веществ, например, яблочной, янтарной и фумаровой кислоты, а также радикалов. Между двумя молекулами данных веществ возникают мостиковые связи, что приводит к накоплению дефектных белков и функциональному нарушению работы клеток и в результате - к старению организма.
В соматических клетках ферменты репарации (ремонта) ДНК испытывают отклонения от нормального функционирования гораздо чаще, чем в половых клетках, поэтому старению прежде всего подвергаются нейроны, клетки печени, сердечной мышцы и т. п.
Чем больше отклонений и существенных, вызывающих их факторов, тем быстрее проходит процесс старения. Известно, что свободные радикалы приводят к существенным отклонениям в работе ферментов репараций. В этой связи разработка ингибиторов свободных радикалов - одно из важнейших направлений в решении проблемы продления жизни организма. Но все же наиболее эффективный способ предотвращения старения заключается в исправлении программы, заложенной в геноме организма.
Возрастное ослабление организма обусловливается ухудшением работоспособности составляющих его клеток. Почему с возрастом активность клеток уменьшается? Исследования показали, что с каждым клеточным делением уменьшаются теломеры - особые хромосомные структуры, расположенные на концах клеточных хромосом. Такое уменьшение теломеры приводит к старению клеток. Проведенный в 1997 г. в США и Канаде эксперимент по искусственному удлинению теломер в клетках in
vitro
дали удивительный результат: клетки обрели способность многократно делиться, полностью сохраняя свои нормальные свойства. Очень важно, что клетки, обретя потенциальное бессмертие, не стали раковыми и не вызывают опухолей.
В последние годы обнаружен клеточный фермент - телемераза,
способствующий наращиванию концов хромосом - телемеров, которые неизбежно укорачиваются при рождении клеточных поколений. Появились сообщения о том, что в организме человека теломеры хромосом могут удлиняться без участия теломеразы.
Проводятся целенаправленные эксперименты, обсуждаются различные мнения и доводы - все это дает возможность с оптимизмом утверждать: если не нынешнее, то грядущее поколение воспользуется плодами кропотливых и сложнейших экспериментов, которые позволят продлить жизнь человеку до 100, 200 и более лет.
7.14. Формирование ноосферы
Появление научной мысли в биосфере в перспективе неизбежно полностью ее видоизменяет. В сочетании с трудовой деятельностью человека мысль становится неведомой до этого геологической силой, способной преобразовать вместе с биосферой весь поверхностный слой Земли. Носитель земного разума - человек - с нарастающим во времени темпом воздействует на биосферу, активно захватывая все занимаемое ею пространство, окультуривая флору и фауну, меняя облик земной поверхности. По убеждению В.И. Вернадского, преобразование биосферы грядет неизбежно и необратимо. Такая точка зрения была высказана в начале 30-х годов и со скептицизмом воспринята научным сообществом тех лет. Так во что же преобразуется биосфера и что такое преобразование несет человеку, являющемуся неотъемлемой составной частью этой же биосферы? В.И. Вернадский назвал трансформированную биосферу ноосферой.
Мысль появилась в биосфере через человека разумного (Homo sapiens), но ее проявление не случайно, к нему вела вся предшествовавшая эволюция биосферы на протяжении нескольких миллиардов лет. Возникновение мысли открыло новую эру в развитии биосферы. Мысль стала мощнейшим геологическим фактором: как только сформировалось научное проявление мысли, оно стало строить и направлять техническую работу человека, переделывающую биосферу. Такое воздействие научной мысли на биосферу выявилось не сразу после появления в ней человека. Вначале, на протяжении многих тысяч человеческих поколений, никаких заметных изменений в биосфере не наблюдалось, но исподволь шло развитие научной мысли и накопление сил. Постепенно, используя свое интеллектуальное превосходство над остальными представителями животного мира, человек охватил своей жизнью, своей культурой всю верхнюю оболочку планеты - в общем, всю биосферу, всю связанную с жизнью область планеты. Развитие научной мысли привело к приручению животных, к созданию культурных растений. Человек стал менять окружающий его животный мир и создавать для себя новую, не бывшую никогда на планете живую природу.
Под влиянием научной мысли и человеческого труда на протяжении последних 5-7 тыс. лет начался и в нарастающем темпе продолжает происходить стихийный процесс видоизменения биосферы и ее перехода в качественно новое состояние - ноосферу. Под ноосферой Вернадский понимал не выделенный над биосферой «мыслящий пласт», а качественно новое состояние самой биосферы, ее очередную трансформацию в ходе эволюции. Известны и более ранние переходы биосферы в качественно новые состояния, сопровождавшиеся почти полной ее перестройкой. Но этот переход представляет собой нечто особенное, ни с чем не сравнимое.
«На наших глазах биосфера резко меняется и едва ли может быть сомнение в том, что проявляющаяся этим путем ее перестройка научной мыслью через организованный человеческий труд не есть случайное явление, зависящее от воли человека, но есть стихийный природный процесс, корни которого лежат глубоко и подготавливались эволюционным процессом, длительность которого исчисляется сотнями миллионов лет. Создание ноосферы из биосферы есть природное явление, более глубокое и мощное в своей основе, чем человеческая история. Оно требует проявления человечества, как единого целого», - писал В.И. Вернадский.
Развитие научной мысли резко ускорило свой темп в последние столетия. В настоящее время можно говорить о взрыве научного творчества, что непосредственно связано с переходом биосферы в ноосферу. Ноосфера как высокоорганизованное состояние биосферы может возникнуть и существовать при условии, что дальнейший процесс ее развития протекает сознательным путем, направляется и организуется научной мыслью. Это требует, с одной стороны, настолько высокого уровня развития науки, при котором такая задача становится ей посильной. С другой стороны, это ставит перед учеными задачу овладения в ближайшем будущем методами управления развитием биосферы и создания необходимых для этого средств.
Что же касается единства человечества, то оно составляет важнейшее условие образования ноосферы. В.И. Вернадский считал, что, независимо от деления людей по расовым и национальным признакам, единство человечества неизбежно сложится в ближайшее время вопреки всему тому, что мешает этому процессу. Еще в 30-е годы он писал: «В настоящее время под влиянием окружающих ужасов жизни, наряду с небывалым расцветом научной мысли, приходится слышать о приближении варварства, о крушении цивилизации, о самоистреблении человечества. Мне представляются эти настроения и эти суждения следствием недостаточно глубокого проникновения в окружающее... Реальная обстановка в наше бурное и кровавое время не может дать развиться и победить силам варваризации, которые сейчас как будто выступают на видное место».
Свой анализ процесса трансформации биосферы в ноосферу В.И. Вернадский заканчивает такими обобщениями.
· Ход научного творчества является той силой, при помощи которой человек меняет биосферу. Изменение биосферы после появления в ней человека - неизбежное явление, сопутствующее росту научной мысли.
· Изменение биосферы не зависит от человеческой воли, оно стихийно, как природный естественный процесс.
· Научная работа человечества есть природный процесс, сопровождаемый переходом биосферы в новое, более упорядоченное состояние - ноосферу.
· Такой переход выражает собой «закон природы». Поэтому появление в биосфере рода Homo (человека) есть начало новой эры в истории планеты.
· Человек может рассматриваться как определенная функция биосферы, в определенном ее пространстве-времени. Во всех своих проявлениях человек составляет определенную закономерную часть биосферы.
· Взрыв научной мысли в XX столетии подготовлен всем прошлым биосферы и имеет глубочайшие корни в ее строении. Он не может остановиться и пойти назад. Биосфера же неизбежно, рано или поздно, перейдет в ноосферу. И в истории народов, населяющих планету, произойдут нужные для этого события, а не события, этому противоречащие.
Что может сказать по поводу перехода биосферы в новое состояние современная научная концепция развития? Во-первых, процесс трансформации биосферы - это объективная реальность. Мы все, живущие на Земле, являемся свидетелями и в определенной мере участниками этого переходного процесса, даже если не отдаем себе отчет в характере происходящего. Процесс преобразования биосферы начался не вчера и завершится не завтра. По человеческому масштабу времени трансформация растянута на несколько поколений, но в геологическом измерении она мгновенна и ее следует рассматривать как скачок в развитии биосферы. Во-вторых, современные представления об этом процессе близки к представлениям В.И. Вернадского.
Контрольные вопросы
1. Какова роль химического равновесия в биологических процессах?
2. Какие функции выполняют молекулы ДНК?
3. Какова структура молекул ДНК?
4. Как образуется генетический код?
5. Какие функции выполняют белки?
6. Почему клетку можно считать живым организмом?
7. Из чего состоят клетки?
8. Чем отличается растительная клетка от клетки животного?
9. На какие группы делятся все организмы в зависимости от типа клеток?
10. При каких условиях зарождалась жизнь на Земле?
11. Какова роль углеродных соединений при образовании живых систем?
12. В чем заключается химическая эволюция?
13. Какова роль фотосинтеза в зарождении многоклеточных организмов?
14. Охарактеризуйте кратко предпосылки для развития эволюционной идеи.
15. Какова история возникновения эволюционной теории Дарвина?
16. В чем заключалась основная идея Менделя о наследственности?
17. Что такое искусственный отбор?
18. Какова взаимосвязь целенаправленных действий и естественного отбора?
19. Дайте краткую характеристику эволюции жизни в разные геологические эры.
20. Охарактеризуйте основные разновидности растений и животных.
21. Каковы необычные особенности растительного и животного миров?
22. Назовите основные типы адаптации живых организмов.
23. Назовите основные физиологические особенности человека.
24. В чем сущность социологической идеи Гегеля?
25. Чем обусловливается эстетическое восприятие человека?
26. Каковы пути увеличения продовольственных ресурсов?
27. Что такое фиксация азота?
28. В чем проявляется действие агонистов и антагонистов?
29. Что является основной причиной раковых заболеваний?
30. Какое средство выводит радионуклиды из организма?
31. Чем обусловливается процесс старения организма?
32. В чем заключаются основные современные способы решения проблемы продления жизни организма?
33. Как формируется ноосфера?
Жизнеобеспечение в узком смысле - комплекс мероприятий, направленных на поддержание жизнедеятельности на каком-либо замкнутом объекте или транспортном средстве (здания, бункеры, шахты, самолеты, надводные и подводные суда, космические корабли и тому подобное), где «естественные» окружающие условия непригодны для жизни человека. Жизнь и деятельность людей на таких объектах может быть обеспечена созданием искусственной среды обитания, близкой к оптимальным условиям жизни на Земле, ее биосферы. Система Ж. в этом смысле - комплекс устройств, агрегатов и запасов веществ, обеспечивающих необходимые условия жизнедеятельности человека: дыхание, питание, водный обмен, теплообмен (терморегулирование) и т.д. Системы Ж. могут быть коллективными, например, системные Ж. подводных, надводных, воздушных судов, космических кораблей, планетных станций и т.п.), и индивидуальными (например, автономные системы, применяемые вместе со скафандрами). Иногда сюда также относят все остальные устройства и предметы, служащие для обеспечения гигиенических, бытовых, культурных и эстетических потребностей. Необходимость наиболее полного удовлетворения этих потребностей существенно возрастает с увеличением продолжительности пребывания человека на объекте, когда эти стороны деятельности людей могут приобретать значение жизненно важных факторов.
Ж. в широком смысле - система мер, направленных на обеспечение нормальной жизнедеятельности человека и общества в целом, а также защита от опасных и неблагоприятных факторов во всех сферах человеческой деятельности, сохранение безопасности и здоровья в среде обитания. Сюда относятся: социально-бытовая сфера (в том числе обеспечение продовольствием, одеждой, жильем, коммунальными услугами, санитарно-гигиенические мероприятия и т.д.); производственная сфера; экологическая безопасность; предупреждение чрезвычайных ситуаций и ликвидация их последствий; медицинское обеспечение. В экономической, научно-технической, социальной, культурной, образовательной, административной и некоторых других сферах Ж. означает, прежде всего, создание условий, необходимых для выполнения предприятием, организацией или учреждением своих основных функций.
В разных сферах (по «горизонтали» и по «вертикали») Ж. имеет свою специфику. Так, на производстве среди прочего это - обеспечение технологического цикла, товарооборота и денежного оборота, функционирование механизма управления и контроля (менеджмент), обеспечение рабочей силой и средствами производства (техникой и технологией) и т.п. В научной и образовательной сфере, помимо коммунальных (помещения, электроэнергия, вода, отопление) и кадровых аспектов, важное значение имеет финансирование не только зарплатного и стипендиального фондов, но в особенности - субсидирование научно-исследовательских программ, обеспечение соответствующим оборудованием и оргтехникой, комплектование научных библиотек и т.п. На региональном и муниципальном уровне (населенный пункт, территория, регион) в Ж. среди прочего выделяется снабжение продовольствием, топливом, электроэнергией, средствами связи, транспортными коммуникациями. Ж. региона не в последнюю очередь зависит от степени его интегрированное™ в единое общенациональное экономическое, политическое, социальное и правовое пространство. В общенациональном масштабе, помимо всех перечисленных факторов, особое значение приобретает поддержание правопорядка и обороноспособности страны, что, в свою очередь, предполагает не только организационные и «силовые» мероприятия (функционирование соответствующих институтов: армия, милиция, спецслужбы), но также адекватную научно-техническую, финансово-экономическую и идеологическую базу. Это ставит вопрос об экономической, научно-технической, информационной и идеологической безопасности.
Таким образом, Ж. - обеспечение необходимых условий жизни и деятельности людей, а также нормального функционирования социальных институтов. Для последних норма определяется задачами их деятельности и означает полноценное выполнение этих задач, т.е. соответствие результата целям деятельности конкретного института. В этом смысле для целого ряда из них (прежде всего, государственных учреждений, организаций, предприятий и т.п.) нормальный уровень определяется нормативными и правовыми актами. Подобными актами определяются также некоторые минимальные стандарты жизни и деятельности людей - прежде всего, в бытовой, социальной и коммунальной сфере и сфере охраны труда. Представление общества о нормальных условиях жизни в значительной мере зависит от общего уровня жизни населения, культурно-исторических традиций того или иного региона, а также социального статуса и привычек человека. Эти представления также связаны с возможностью удовлетворения соответствующих потребностей человека: биологических, социальных, духовных. Обычно с увеличением длительности пребывания где-либо потребности человека возрастают. Соответственно задачи Ж. расширяются: от удовлетворения минимальных биологических потребностей (пища, одежда, жилище и т.п.) к более высоким - социальным и духовным (в том числе организация досуга, положительного психологического настроя, удовлетворение потребности в знаниях и информации, эстетическом комфорте, нравственном идеале и т.п.).
Жизнеобеспечение населения - категория, выражающая единство материально-вещественного содержания и социально-экономических форм всех благ и услуг для людей, а также функционирование и интеграцию факторов производства; социально-трудовой активности населения и сфер расширенного воспроизводства совокупного общественного продукта и производственных отношений в интересах удовлетворения постоянно растущих разумных потребностей личности, семьи и общества.
Категория «Ж.н.» рассматривается с позиций создания нормальных условий жизни населения, обеспечения условий, в которых человек воспроизводится не только как биологическое существо, но и как активный член общества, с позиций рациональной занятости, комплексной социальной защиты населения с учетом идеалов социального прогресса. Некоторые ученые Ж.н. определяют как достигнутый уровень потребления благ и услуг и как степень удовлетворения их разумных потребностей. Однако эта категория не ограничивается только достигнутым уровнем материальных, социальных и духовных благ, она охватывает более широкое экономическое, социальное, национальное, духовное, экологическое и психологическое пространство. Реальный уровень разумного потребления измеряется с помощью показателей обеспеченности благами повседневного и длительного пользования, содержанием и структурой получаемых услуг, жилищно-бытовых условий при определении их качественной характеристики. Особо следует подчеркнуть зависимость системы Ж.н. от уровня развития производительных сил общества. Поскольку диалектика взаимосвязи производительных сил и социально-экономических отношений, их совокупность реализуется для удовлетворения потребностей личности, государства и общества, то в результате возникает относительно самостоятельная и в то же время взаимопроникающая и дополняющая экономическая категория «Ж.н.». Эта категория и ее составляющие сложны по содержанию и многообразны по формам их проявления.
История разработки искусственных органов жизнеобеспечения насчитывает несколько десятилетий.
1925
- год, от которого можно отсчитывать историю систем искусственного жизнеобеспечения: С. Брюхоненко и С. Чечулин (СССР) конструируют первый стационарный аппарат, способный заменить сердце . В следующем году публике было продемонстрировано, что голова собаки, отделённая от туловища, но подключенная к донорским лёгким и новому аппарату, способна сохранять жизнеспособность в течение нескольких часов, оставаясь в сознании и даже употребляя пищу (рис. справа).
1936
. С. Брюхоненко (СССР) разрабатывает первый в мире оксигенатор , способный заменить функцию лёгких. С этого момента существует теоретическая возможность поддерживать полный цикл жизнеобеспечения отделённых голов животных до нескольких суток (пока не потребуется гемодиализ), однако на практике этого достичь не удаётся. Выявляется множество недостатков оборудования : разрушение эритроцитов, наполнение крови пузырьками, тромбы, высокий риск заражения. По этой причине, первое применение аналогичных аппаратов на человеке затягивается ещё на 17 лет.
1937
. В. Демихов (СССР) кустарно изготавливает первый экспериментальный образец небольшого имплантируемого сердца и испытывает его на собаке. Но низкие технические характеристики нового прибора позволяют непрерывно использовать его в течение лишь полутора часов, после чего собака погибает
1943
. В. Кольфф (Нидерланды) разрабатывает первый аппарат гемодиализа - искусственную почку. Через год он уже применяет аппарат во врачебной практике, в течение 11 часов поддерживая жизнь пациентки с крайней степенью почечной недостаточности.
1953
. Дж. Гиббон (США) при операции на человеческом сердце впервые успешно применяет искусственные стационарные сердце и лёгкие (в англоязычной литературе называемые "cardiopulmonary bypass "). Начиная с этого времени, стационарные аппараты искусственного кровообращения становятся неотъемлемой частью кардиохирургии.
1963
. Р. Вайт (США) в течение примерно 3 суток поддерживает жизнеспособность отдельного мозга обезьяны . Будучи выдающимся достижением, данный эксперимент одновременно выявляет и ряд проблем. Во-первых, в нём на практике проявляется проблема сенсорной депривации: не будучи подключённым к искусственным органам чувств и моторным устройствам, мозг является, по сути, вещью в себе. Проблематичным оказывается детектирование даже его жизнеспособности, не говоря о сознании. Во-вторых, этот и некоторые другие эксперименты вызывают волну протестов защитников прав животных, вместо ожидаемой поддержки принося исследователю негативный имидж. В-третьих, трёхдневный рекорд отчётливо показывает довольно низкую скорость развития приборов. В целом, аппараты искусственного кровообращения в 1960-х годах концептуально сохраняют примерно те же недостатки , что и первые приборы 1920-1930 годов.
1969 . Д. Лиотта и Д. Кули (США) впервые испытывают в теле человека имплантируемое искусственное сердце . Сердце поддерживает жизнь пациента в течение 64 часов в ожидании человеческого трансплантанта. Но вскоре после трансплантации пациент погибает (от факторов, по-видимому, не связанных с предшествующей работой устройства)
1970-1990 -е годы. Происходит постепенное повышение технических характеристик перечисленных приборов. В частности, время жизни пациентов на почечном диализе становится практически неограниченным (хотя и остаётся сопряжённым с большим неудобством и риском). Впечатляет и рост времён жизни людей и экспериментальных животных с искусственным сердцем (см. график, составленный по материалам вышеупомянутых источников, а также статьи 1961 года). Одним из ведущих разработчиков имплантируемого сердца является уже упомянутый нами В. Кольфф (в центре на рис. справа). Появляются мембранные оксигенаторы , устраняющие ряд проблем прибора С. Брюхоненко. Вместе с тем, эксперименты по обеспечению жизни изолированных мозгов и голов животных в этот период практически свёрнуты.
200 7 . Поставлен рекорд продолжительности жизни пациента с полностью искусственными (но стационарными) лёгкими: .
2008 . Врачи впервые в истории поддерживают жизнедеятельность пациента с одновременным искусственным восполнением функции сердца и лёгких в течение 16 дней (в ожидании донорского сердца). В том же году учёные Калифорнийского университета заявляют о выпуске первого в мире образца портативной искусственной почки . Помимо этих результатов, в 2008 году происходят знаковые события в области разработки и других искусственных органов и частей тела. Так, компанией Touch Bionics был создан революционный высокореалистичный протез руки . В том же году происходит невиданный ранее инцидент: спортсмен Оскар Писториус, использующий ножные протезы от компании Ossur , отстранён от участия в Олимпийских играх из-за их "нечестных" беговых возможностей
2010 . В Калифорнийском университете разработана первая имплантируемая бионическая почка , пока что не доведённая до серийного производства (нижний рисунок в посте)
