Одна из ниболее важных проблем современного естествознания – проблема биологии и генетики развития организма.

Как видетельствуют научные работы многих исследователей, до сих пор наиболее интригующей загадкой для исследователей являются механизмы, формирующие разные типы клеток, тканей, органов, то есть механизмы отвечающие за дифференцирование систем организма, который в конечном итоге функционирует как единое целое. Как известно в основе в основе любого организма лежит одна клетка, последующее деления которой дают поразительное как по структуре, так и по функциям разнообразие клеток, органов и тканей. Многие исследователи занимаются этой проблемой, уделяя главное внимание генетическим аспектам дифференцирования. Появились гипотезы, накоплен интересный фактический материал. Однако похоже, что эта проблема столь сложна, что на ее изучение уйдут многие годы. Результат ее решения – управление процессами развития может иметь чрезвычайно важное значение.

Представим себе, что злокачественные образования – это не что иное, как отклонения в нормальном процессе развития вследствие выхода из-под контроля управляющих развитием систем, в первую очередб генетических. Если мы знаем механизмы действия этих систем, то получим возможность их контролировать и производить необходимую коррекцию на тех этапах, которые управляют начальными этапами развития эмбрионов. Ученые предполагают, что наиболее значимые откроытия ожидают нас именно в этой области биологии.

Следующим перспективным направлением развития современной биологии является изучение сложных физиолого-генетических функций организма. Для растений это – фотосинтез, азотфиксация и др., для животных – поведение, стресс-реактивность и др. не нужно долго объяснять, что значит процесс фотосинтеза для жизни на нашей планете. Клетки зеленых растений, некоторых водорослей и бактерий за счет энергии солнечного света способны синтезировать органические вещества: углеводы, белки, жиры, нуклеиновые кислоты и целый ряд других соединений. Именно через фотосинтез идет процесс самовоспроизведения значительной части биологических ресурсов. В настоящее время многие лаборатории мира изучают этот сложный процесс, расчленяют его на отдельные звенья, чтобы затем понять и воспроизвести эту сложную систему в целом. Особенно интенсивно изучается генетика фотосинтеза, уже известно около сотни генов, которые контролируют отдельные звенья этого процесса.

Другой пример сложного физиолого-генетического признака – поведение животных. В институте цитологии и генетики СО РАН в течение 40 лет ведется эксперимент по доместикации лисиц. В исходной популяции животные были дифференцированы по типам поведения: агрессивное, трусливое, спокойное по отношению к человеку. Затем из поколения в поколение велся отбор на спокойный тип поведения. В результате за 40 с лишним поколений отбора создана новая поведенческая популяция животных. Эти экспериментом в сжатом виде воспроизведен процесс доместикации диких животных, который длился тысячелетия. Стало понятным, что наиболее мощным фактором отбора при доместикации диких животных было их поведение по отношению к человеку. Проведенная работа показала, что сегодня крайне важно моделировать звенья эволюционного процесса, для того чтобы приблизиться к реорганизации сложных физиолого-генетических функций – поведения, стрессоустойчивости и т.д.

Итак, мы остановились фактически на всех уровнях биологического исследования – от молекулярного до популяционного. Упомянутая выше работа по доместикации животных относится к наиболее сложным разделам – популяционной и эволюционной биологии и генетике. Именно изучая популяции, можна выявить частотные характеристика генов, определить их динамику в сообществах, дрейф генов и т.д.

Следует сказать, что кроме магистральной линии развития биологии (молекула – клетка – организм – популяция) имеется множество проблем, возникающих на стыке с другими науками. Интерпретация получаемых при этом данных является еще более сложным делом и требует общих естественно-научных подходов. Примерами таких межнаучных интеграционных программ могут быть следующие:

1) оценка антропогенных (радиационных, химических и др.) воздействий на живые системы в большом временном диапазоне. Для изучения этой проблемы необходимы усилия биологов, медиков, физиков, химиков и др.;

2) медико-биологические и популяционно-генетические исследования малочисленных народностей Сибири и Крайнего Севера Ситуация с алыми популяциями народов Севера крайне тяжелая, необходимы самые срочные меры по их спасению. По этой проблеме, так же как и по первой, уже развернуты широкие междисциплинарные исследования, в том числе и в Институте цитологии и генетики СО РАН;

3) исследование древних ДНК из археологических образцов возраста в несколько тысяч лет с целью изучения ряда аспектов эволюции и изменчивости генома человека. Такая программа выполняется генетиками в сотрудничестве с археологами и палеонтологами;

4) создание биоинформационных технологий для изучения структуры и функций генома. Эти работы, которые биологи ведут совместно с математиками, приобретают сегодня приоритетное значение. Расшифровка геномов человека, животных и растений – это многотомные генетические тексты, и осмыслить их, привести в состояние фрагментов, соответствующих генам, можно только с помощью компьютерных программ. В НГУ уже многие годы идет подготока биоматематиков-исследователей, в одинаковой степени владеющих основами биологии и математики. Специалисты в этой области очень высоко ценятся и в лучших зарубежных лабораториях;

5) изучение наследственных болезней (сегодня их известно уже более 2 тыс.), генетического компонента предрасположенности человека к наиболее распространенным онкологическим, сердечно-сосудистым и многим другим заболеваниям. Это – также задача многих наук. Для ее решения необходимо создать четкие модели всех этих процессов у животных, в первую очередь лабораторных. Этим сегодня заняты многие генетические лаборатории, в том числе и в Институте цитологии и генетики СО РАН. Созданы линии крыс-гипертоников, высокораковые линии мышей и другие модели. Только имея такие модели, можно всерьез заниматься указанными проблемами.

Перечень сложных проблем и междисциплинарных, межнаучных программ можно было бы продолжить. Однако и упомянутых достаточно, чтобы оценить широту интересов биологии и ее интеграционную активность в отношениях со многими науками.

В заключение приведу слова Т. Манна из его романа-притчи «Иосиф и его братья» … То, что не поддается исследованию, словно бы подтрунивает над нашей исследовательской неуемностью, приманивая нас к мнимым рубежам и вехам, за которыми, как только до них доберешься, сразу же открываются новые дали …». Это и есть философия науки.

Литература

1. Левенко Б.А. Перенос генов и проблемы трансгенных растений //Физиология и биохимия культурных растений. – 1998. – Т. 30, №2. – С.83.

2. Кучук Н.В. Генетическая инженерия высших растений. – Киев: Наук. Думка, 1997.

3. Шумный В.К. Проблемы генетики растений //Генетика. – 1997. – 33, № 8. – С. 1044.