Текст книги "Открытия и изобретения, о которых должен знать современный человек"
Автор книги: Сергей Бердышев
сообщить о нарушении
Текущая страница: 21 (всего у книги 25 страниц)
Взаимоотношения природы и человека на протяжении всей нашей истории были довольно сложными, неоднозначными. Конфликты между развивающимся обществом и окружающей средой всегда происходили по вине человека и, как правило, заканчивались экологическими кризисами. Только научно-технический прогресс спасал человеческий род от вымирания. В целом наше покорение природы выглядело следующим образом. Доисторический человек на раннем этапе своего развития занимался преимущественно собирательством, реже промышлял охотой на мелких животных.
Постепенное увеличение численности человечества привело к сокращению ресурсов промысла и собирательства и послужило причиной первого в истории экологического кризиса. Вряд ли стоит считать этот кризис антропогенным, т. е. вызванным человеком в ходе своей добывающей деятельности. Эксплуатация ресурсов не привела к сколько-нибудь существенным нарушениям в экосистемах, но заставила часть собирателей перейти на более активный промысел. Произошедшая за период 50–10 тыс. лет назад биотехническая революция изменила способ взаимоотношения человека с природой.
Охота становится главным средством добычи пропитания, начинается специализация первобытных племен по методам загона и прочих приемов лова, по видам промысловых животных, по типу охотничьих орудий. Многие племена на этом пути зашли в тупик и вымерли. Пагубным последствием усиленного сосредоточения на охоте, вылившегося в перепромысел крупных животных, стало полное истребление мегафауны.
Мегафауной называется совокупность гигантских птиц и млекопитающих, обитавших на планете до нашей эры. В Евразии к мегафауне относят мамонта, ископаемого бизона, шерстистого носорога, дикую лошадь, пещерного льва, пещерного медведя, тура и других животных. В Северной Америке человек истребил бизона и саблезубого тигра, в Южной Америке – гигантского ленивца и глиптодонта, в Австралии и Новой Зеландии – дипротодонта, сумчатого волка, нелетающую птицу моа.
Меньше всего пострадала фауна Африки, поскольку здесь животные успевали приспособиться к опасному двуногому соседу. Но и здесь по вине человека вымерли один вид львов, сиватерии (разновидность жирафов), гигантские лемуры и гигантские птицы эпиорнисы. Этот первый антропогенный кризис называется еще кризисом перепромысла. За ним последовали и другие. Человечество спасалось переходом к более разумным формам управления природой. Чтобы уцелеть после кризиса перепромысла, первобытные люди от охоты перешли к земледелию и скотоводству.
Затем последовал кризис поливного земледелия, обернувшийся засолением почв и вынудивший человека перейти к богарному земледелию. Именно этот кризис, по мнению некоторых исследователей, стал причиной падения Вавилона.
В Элладе и Древнем Риме начался кризис продуцентов, т. е. кризис сокращения лесной растительности. Дефорестация (исчезновение лесов) усилилась в средние века и повлекла за собой индустриальную революцию. Человек перешел на широкое использование металлов, горючих ископаемых и прочего минерального сырья.
Последствия развития цивилизации в этом направлении проявились в наше время, когда разразился кризис загрязнения окружающей среды и нехватки минеральных ресурсов. Этот кризис называется еще кризисом редуцентов, т. е. бактерий и грибов, перерабатывающих отмирающие останки и играющих в природе роль мусорщиков. Человек производит столько ядовитых отходов, что нейтрализовать их не могут все бактерии Земли. Кроме того, многие производимые нами соединения являются синтетическими, т. е. искусственными, которые никогда не участвовали в геохимических круговоротах вещества в биосфере.
В настоящее время человечество уже приняло ряд мер, направленных на предотвращение перехода кризиса в глобальную катастрофу, несущую гибель всему живому. Например, почти решена проблема нехватки минеральных ресурсов. Следует благодарить за это знаменитый Римский клуб – организацию, которая в 1970-х гг. занималась анализом экологической обстановки на планете и на основании проведенных исследований предрекла катастрофическое сокращение минерального сырья. Неутешительный прогноз заставил промышленников разрабатывать ресурсосберегающие технологии и перейти на более экономное и рациональное использование минерального сырья.
Проблема антропогенного кризиса загрязнения не решена окончательно и по сей день. Для ее решения необходимо перевести промышленность на безотходное производство с замкнутым циклом, позволяющее полностью использовать исходное сырье. Экология, однако, предупреждает, что полностью безотходное производство невозможно. Если что-то берется из среды, то что-то должно поступать взамен. Однако почти не давать отходов может предприятие, где производственный цикл завершается правильно спланированной утилизацией веществ, легко перерабатываемых бактериями.
В совокупности ресурсосберегающие и безотходные технологии называются экологическими. В последнее время к ним относятся устройства, использующие альтернативные источники энергии. Под альтернативными понимаются источники энергии, заменяющие современные гидроэлектростанции, тепловые и атомные электростанции. Производство большого количества энергии на ГЭС, ТЭС и АЭС чревато серьезными нарушениями в окружающей среде. Электростанции производят много вредных выбросов и нарушают естественный энергетический баланс на планете. Гораздо более безопасным представляется использование естественных энергоресурсов вулканов, термальных вод, приливов и отливов, солнечного излучения.
10. Второе рождение медицины
Нет, наверное, более полезной и человечной науки, чем медицина. На протяжении тысячелетий недальновидные мыслители называли «Царицей наук» то математику, то физику, то философию. И почти никто из них так и не сказал доброго слова в адрес медицины. Люди могут обходиться без достижений математики и физики, без знания философии и политэкономии, но вот полное отсутствие медицины, пусть даже самой примитивной, мгновенно сказывается на жизни общества и отдельных его членов.
Защита естественная и искусственная
Человек живет в крайне враждебном ему мире, где каждый индивид борется за свое существование. Главные враги человека – разнообразные микробы, вызывающие инфекционные заболевания. Природа снабдила нас рядом защитных эволюционных механизмов, позволяющих нам сопротивляться действию болезнетворных микроорганизмов.
Одним из таких механизмов является комбинирование генов, достигаемое через половое размножение. При смешении родительских признаков рождается совершенно новое по генетической конституции потомство. Биологическое разнообразие человечества увеличивает шансы на выживание нашего вида. А происходит это потому, что наследственность обусловливает естественную сопротивляемость человеческого организма инфекциям.
Открыт иммунитет человекаПосле того как А. Левенгук открыл бактерии и прочие микроорганизмы, прошло много времени, прежде чем ученые догадались, что именно эти крохотные создания приводят к возникновению инфекционных заболеваний, т. е. болезней, передающихся от одного человека к другому при кашле, кожном контакте и прочими способами. Первым человеком, понявшим огромную роль микробов в жизни людей, был великий французский химик и бактериолог XIX столетия Л. Пастер.
Исследования этого ученого потрясли все человечество, поскольку он открыл микромир – другую вселенную, полностью противоположную нашей. Она воздействует на все живые организмы и проникает во все, что их окружает. «Вы думаете, что сами готовите пиво и вино? Это микробы выполняют за вас всю работу по сбраживанию продуктов», – обращался Пастер к пивоварам и виноделам.
Открытие причин брожения в 1857 г. заставило Пастера удалиться от стереохимии, фундамент которой он заложил, и целиком переключиться на бактериологию. В 1865 г. ученый открывает причину болезней вина и пива, изобретая одновременно способ подавления деятельности микробов с помощью температурной обработки. Пастер предложил нагревать до +70 °C вино, пиво и молоко, чтобы убить находящихся там бактерий. Позднее этот метод был назван в его честь пастеризацией.
Затем ученый переключается на человеческие болезни и закладывает основу иммунологии, обнаруживая все новые способы борьбы с возбудителями инфекционных заболеваний. В 1873 г. Пастер становится членом Медицинской Академии в Париже. Врачи с недоверием относились к Пастеру, поскольку не верили, что химик может чего-то достигнуть в медицине. Сам же Пастер на это не обращал внимания, а настойчиво занимался изучением микроорганизмов, поскольку был убежден, что именно они вызывают инфекционные заболевания у человека, точно так же как приводят к т. н. болезням вина и пива.
Будучи принятым в среду медиков, Пастер принялся разрабатывать санитарные методы предотвращения распространения инфекций и бороться за неукоснительное соблюдение всеми врачами правил санитарии. В то время никто из ученых не связывал инфекционные заболевания с деятельностью микроорганизмов. Даже при зашивании ран медики не применяли средства дезинфекции, поэтому госпитали становились большими рассадниками болезней, чем ночлежки для нищих и бродяг.
Помимо дезинфекции помещений, стерилизации медицинских инструментов и т. п. методов, Пастер предложил и другие способы профилактики и лечения заразных болезней. В основе этих методов лежала техника вакцинации. Сначала Пастер вел свой научный поиск интуитивно. Создавая свой принцип ослабления возбудителя, ученый точно не знал, какие именно процессы протекают в организме во время вакцинации. Иммунитет еще только предстояло изучить. Ощутимый вклад в изучение иммунной защиты организма внес крупный российский физиолог И. И. Мечников.
Увлекшись работами А. О. Ковалевского по эмбриологии беспозвоночных, Мечников занялся исследованием личинок морской звезды. С 1882 по 1883 гг. ученый находился в Италии, где проводил наблюдения за этими личинками – мельчайшими обитателями морского планктона. Тельца личинок прозрачны, поэтому в микроскоп прекрасно видно, как внутри них перемещаются отдельные подвижные клетки. Они заменяют непрерывно циркулирующий кровоток, имеющийся у высших животных.
Мечников вводил в организм личинок микроскопические крошки красящего вещества кармина, за которыми удобно наблюдать. Блуждающие клетки активно захватывали кусочки кармина. Тогда ученый предположил, что клетки способны поглощать любые инородные тела. Эксперименты подтвердили эту догадку. Когда Мечников вставлял шипы розы в тело личинки, они были быстро окружены блуждающими клетками, которые он предварительно окрашивал кармином. Клетки, подобные блуждающим, в ходе дальнейших исследований удалось обнаружить у самых разных существ – беспозвоночных, земноводных, рептилий, млекопитающих, в т. ч. и у человека.
Эти клетки обладали способностью активно поглощать и переваривать любые посторонние частицы, попадающие в организм, а в первую очередь болезнетворных микробов. Мечников назвал эти клетки фагоцитами от греческих слов phagos – «пожиратель» и kitos – «клетка». Само явление поглощения чужеродных тел получило название фагоцитоза. В организме человека содержатся миллионы фагоцитов, только они не блуждают по нашему телу, а движутся в крови и лимфе, откуда время от времени проникают в ткани.
Лимфатическая (лимфоидная) и кровеносная системы благодаря фагоцитам образуют единую иммунную систему, выполняющую защитную функцию. Все клетки-защитники являются белыми тельцами крови, т. е. лейкоцитами. Существует много разновидностей лейкоцитов, большинство из них участвует в общей защитной реакции организма – воспалительной. Проникновение занозы в кожу, грязи в ранку, микробов в ткани тела и прочие нежелательные вторжения влекут за собой воспаление. Его причиной является блокада лейкоцитами микробов, которых медики называют агентами.
Белые кровяные тельца образуют т. н. лейкоцитовый вал, окружающий инородное тело. Крупные тела, например занозу, уничтожить непросто. Многие лейкоциты гибнут во время такой блокады. Скопления погибших белых телец и образуют гной. Среди лейкоцитов есть особый род клеток, принимающих в защите организма наиболее активное участие. Деятельность этих клеток, называемых лимфоцитами, является основой иммунитета. Лимфоциты – защитники, организующие иммунную реакцию организма. Они преимущественно циркулируют в лимфе, отсюда и происходит их название.
Не следует, однако, думать, что вся иммунная система состоит единственно из лимфотока, сообщающегося с кровеносной системой. В действительности все гораздо сложнее. Лимфатическая система включает в себя еще и органы кроветворения, в которых происходит рождение кровяных телец, а также лимфоцитов. К кроветворным органам относятся, во-первых, вилочковая железа и селезенка, являющиеся одними из наиболее важных лимфоидных органов. Не уступает им по значимости костный мозг.
Естественным продолжением лимфоидной системы служат миндалины, аденоиды, лимфатические узлы. Аппендикс и тонкий кишечник являются органами, в которых происходит переваривание старых и ослабленных лимфоцитов. Поэтому эти органы также можно считать частью иммунной системы. В целом последняя тесно связана с лимфоидной, кровеносной и гормональной (эндокринной) системами организма, и ее трудно выделить обособленно. Не так давно учеными было установлено, что иммунная система вместе с нервной и гормональной принимает участие в регуляции самых разнообразных жизненных функций. Таким образом, наш организм контролируется не только мозгом и гормонами, но еще и иммунитетом.
Ученые-иммунологи различают несколько родов лимфоцитов. Мечников, как уже говорилось выше, наблюдал клетки-фагоциты. Они участвуют в первичной защитной реакции, атакуя чужеродные агенты и безжалостно уничтожая их. При этом фагоциты образуют ловчие щупальца, которые делают их похожими на осьминогов. Эти крупные клетки-«осьминоги» хватают бактерии и втягивают их в себя, постепенно переваривая. Однако такая защита не была бы вполне эффективной, поэтому основной задачей фагоцитов служит выделение антигенов.
Каждый чужеродный агент несет на своей поверхности опознавательные вещества, которых нет на оболочке собственных клеток организма. Иммунная система отлично распознает такие вещества. Часть из них она знает изначально: они записаны в генетическом коде. То есть человек с самого рождения наследственно способен различать ряд чужеродных агентов по маркирующим веществам и уверенно отсеивать их от собственных клеток. Вещества, которые выдают бактерий, вирусов и прочих агентов, носят название антигенов.
Фагоциты не переваривают пойманных микробов полностью, а оставляют целыми антигены, которые клетки-пожиратели выделяют всей своей поверхностью. Далее наступает следующий этап иммунного процесса, который организуют другие лимфоциты. Эти лимфоциты (их называют В-лимфоцитами) встречаются с фагоцитами и тщательно проверяют, какие антигены покрывают поверхность пожирателей. После чего В-клетки приступают к выработке антител.
Антитела – это сложные химические вещества, молекулы которых устроены таким образом, что активно связывают и нейтрализуют любые антигены. Всякий чужеродный агент оказывается облеплен антителами и погибает. Для ряда агентов организм всегда имеет в запасе некоторое количество антител, химическая формула которых записана в генетическом коде.
Кстати, вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) оттого непобедим, что он влияет не на обычные клетки организма, а на защитные белые тельца. Вирус поражает лимфоциты, и они не могут производить антитела. В результате ВИЧ оказывается вне досягаемости защитных клеток. Хуже того, они ослабляются им и не могут атаковать прочие чужеродные агенты. Это приводит к тому, что ВИЧ-инфицированный становится уязвимым для самых безобидных микробов. У человека развивается СПИД – синдром приобретенного иммунодефицита, который заключается в отсутствии сопротивляемости к инфекциям. Рано или поздно больной погибает от какой-нибудь болезни, однако истинной причиной смерти следует считать СПИД.
Как видно, у человека есть два вида иммунитета, обеспечиваемых одной иммунной системой. Первый вид – врожденный, заложенный в нашей наследственности. Поэтому люди имеют от рождения готовый набор антител и, как следствие, невосприимчивость к ряду заболеваний. Гены хранятся в хромосомах. Предположительно, те из генов, что ответственны за невосприимчивость к инфекциям и иммунную защиту, собраны в т. н. X-хромосоме. Ее еще называют женской, т. к. она передает женские половые признаки.
Между прочим, ученые считают, что именно поэтому женщины болеют меньше мужчин. Ведь в женских клетках находятся сразу две X-хромосомы, тогда как у мужчин лишь одна. Это различие в количестве X-хромосом обусловливает различия между полами: недостающая хромосома X заменена Y-хромосомой, несущей мужские половые признаки. Стало быть, женщины обладают двойным иммунитетом. Однако такая защита привела к тому, что среди представительниц прекрасного пола более всего распространены аутоиммунные заболевания. В эту группу относят болезни, связанные с нарушениями работы лимфоцитов, когда те атакуют собственные клетки организма.
Унаследованный иммунитет состоит из стандартного набора генов, но содержит разные их вариации. Один вариант гена обеспечивает надежную защиту при одних условиях, другой – при других. Следовательно, разные люди оказываются носителями разных форм стандартного наследственного иммунитета. Ранее сообщалось, что генетически обусловленная защита связана с биологическим разнообразием человеческой расы и поддерживает наше существование.
Если бы все люди были абсолютно идентичны друг другу, то они обладали бы сходным иммунитетом. Тогда микробы за несколько поколений смогли бы научиться обходить иммунную защиту, и человечество погибло бы от инфекций. Но поскольку на свет каждый раз рождаются совершенно разные люди, то иммунитет, не претерпевая коренных изменений, приобретает великое множество форм. В результате попытки микробов победить человечество оказываются тщетны.
Нетрудно заметить, что сам по себе врожденный иммунитет распадается на две разновидности. Защитные механизмы связаны с деятельностью клеток-пожирателей и с активностью антител. Ученые в силу этой причины склонны различать иммунитет клеточный и гуморальный. Первый сводится к фагоцитозу, а второй – к химическому связыванию антигенов. Указать наиболее важный из них вид трудно, однако ведущую роль в защитных реакциях играет фагоцитоз. Фагоциты поглощают чужеродных агентов и побуждают лимфоидную систему к выработке антител.
Значит, условно клеточный иммунитет можно считать главным. Поглощение и переваривание микробов происходит не везде одинаково, эта функция наиболее активно выполняется лимфоцитами в особых центрах: участках лимфотока, т. н. лимфатических узлах. Именно здесь скапливаются контролирующие внутреннюю среду человека лимфоциты.
Впрочем, сходным образом протекают защитные реакции при другом виде иммунитета, который называется приобретенным. Он возникает после того, как человек переболел данным заболеванием и в его организме выработалась невосприимчивость к инфекции. Клетки В-лимфоциты, «считавшие» структуру антигенов с поверхности фагоцитов, научились самостоятельно производить к новым агентам связывающие антитела, которых не было в генетическом коде, используя свои внутренние резервы. Хотя существует еще более безопасный способ приобретения иммунитета. Часть новых антител человек получает почти сразу после рождения с молоком матери.
Приобретенный иммунитет, описанный выше, в медицине называется естественным. Врачи же умеют создавать искусственный приобретенный иммунитет, а также укреплять естественный и помогать ему бороться с болезнью.
Создана техника вакцинацииСамым надежным средством борьбы с болезнетворными микроорганизмами являются вакцинация и вакцинотерапия. Вакцинация включает в себя превентивные (предупредительные) меры, тогда как вакцинотерапия направлена непосредственно на борьбу с уже имеющимся заболеванием. Впервые технику вакцинации применил Э. Дженнер, а затем детально разработал Л. Пастер. В исследованиях Пастера принимал активное участие И. И. Мечников, совершивший немало открытий в области иммунологии.
Английский врач Дженнер является изобретателем способа предупреждения заражения оспой – оспопрививания. Технику этого метода ученый разработал в 1796–1798 гг. Он давно заметил, что переболевшие оспой пациенты становятся впоследствии невосприимчивыми к данной инфекции. Кроме того, врач обратил внимание на тот факт, что высокой невосприимчивостью к оспе обладают женщины, работающие на фермах доярками.
Дженнер справедливо заключил, что они тоже болеют оспой, оттого приобретают иммунитет, но болезнь протекает в легкой форме. По этой причине сами женщины-доярки не замечают своего заболевания, не жалуются на здоровье и не обращаются к врачу, хотя натуральная оспа значительно ослабляет человеческий организм и зачастую приводит к смерти. Врач пытался понять, каким образом доярки могли заразиться легкой формой оспы. Поскольку он знал о существовании т. н. коровьей оспы – похожего заболевания у коров, то предположил, что инфекция передается дояркам именно от животных.
Дальнейшие опыты подтвердили правоту Дженнера. Он доказал, что инфекция попадает в организм доярок через ссадины на руках. Здесь вырабатываются антитела к возбудителю, клетки-защитники учатся его отличать и успешно бороться с ним. Поэтому когда переболевшая коровьей оспой доярка заражается оспой натуральной (человеческой), то иммунная система ее организма оказывается готовой к нанесению ответного удара. Передача инфекции осуществляется благодаря оспенным пузырькам на вымени коровы. Из лопнувших пузырей вытекает жидкость, содержащая возбудителя оспы. Она-то и проникает в мельчайшие повреждения кожи на руках доярки.
Дженнер ввел в медицинскую практику предупредительные прививки, содержащие жидкость из коровьих пузырьков. Предупредительное прививание получило название вакцинации, а препарат для прививки – вакцины (от латинского слова, означающего «корова»). Дженнер не предполагал, что болезнетворное начало, с которым он работал, является разновидностью микроорганизмов. Это установил Л. Пастер, с именем которого связано дальнейшее развитие иммунологии и техники прививания. Он усовершенствовал технику вакцинации и создал вакцинотерапию, поскольку знал причины инфекционных болезней и механизмы распространения возбудителей.
Созданный Пастером метод ослабления возбудителя опирается на открытие Э. Дженнера. Дженнер, проводя предупредительное прививание, вводил в организм своих пациентов возбудителей оспы. Но поскольку эти возбудители были слабее обыкновенных, то иммунная система успешно с ними боролась, попутно вырабатывая антитела против микроорганизмов, вызывающих любую форму данного заболевания. Так приобретался иммунитет против смертельно опасной натуральной оспы.
Пастер разумно рассудил, что поиски слабых форм возбудителей разных инфекционных заболеваний в большинстве случаев окажутся бесплодными. Поэтому он решил для приготовления профилактических и лечебных вакцин искусственно получать ослабленных или умерщвленных возбудителей, которые не представляют собой никакой угрозы для здоровья человека. Они пожираются фагоцитами, сообщающими В-лимфоцитам информацию, необходимую для синтеза соответствующих антител. Таким образом иммунная система запоминает возможного чужеродного агента и подготавливается к очередной встрече с ним.
Впервые защитная прививка человеку была сделана б апреля 1885 г. В этот день к Пастеру обратилась женщина, ребенок которой был укушен бешеной собакой. Защиты от бешенства тогда не существовало, ее создал сам Пастер, но пока не применял при клиническом лечении больных. Лечение прошло успешно. Метод Пастера приобрел большую известность. К «благодетелю человечества», как назвали врача благодарные пациенты, обращались люди из всех стран Европы, из США и России.
В 1888 г. в Париже по инициативе Пастера открывают первый микробиологический институт, названный впоследствии его именем. Пастер собрал вокруг себя большую группу молодых врачей, которых учил новому подходу к лечению болезней. На пастеровских «охотников за бактериями» больше не смотрели как на чудаков, застывших над микроскопом. Микробиология и иммунология определяют последующее развитие хирургии, гигиены и всей медицинской науки в целом.
