В современной биологии существуют три – четыре фундаментальных проблемы, решение которых может привести к революции в естествознании и в жизни человечества в целом:
- происхождение жизни,
- эволюция живых организмов,
- взаимоотношения биосферы и человечества,
- здоровье человекаи, возможно, некоторые другие.
Несмотря на огромный объем знаний о молекулярных и генетических механизмах жизни, мы не можем полно ответить ни на один из поставленных вопросов. Наоборот, чем больше мы узнаем о жизни, тем больше возникает вопросов и сомнений в правильности, казалось бы, незыблемых догм.
Происхождение жизни — одна из важнейших проблем биологии. Её не снимает маловероятное предположение о занесении жизни на Землю из других миров (теория панспермии). Необходимо выяснить, в каких условиях зарождалась жизнь на Земле (это произошло несколько млрд лет назад), и попытаться моделировать процессы, которые при этом могли происходить, реконструируя экспериментально последовательные этапы возникновения жизни.
Так, на основании данных о физическом и химическом состоянии атмосферы и поверхности Земли в ту эпоху получены теоретические и экспериментальные доказательства возможности синтеза в первичном океане аминокислот и мононуклеотидов, установлена принципиальная возможность их полимеризации в короткие цепочки — пептиды и олигонуклеотиды. Однако следующий этап происхождения жизни пока не изучен.
Естественный отбор может играть роль в эволюции только по отношению к саморазмножающимся структурам, способным хранить и многократно воспроизводить содержащуюся в них информацию. Этим требованиям удовлетворяют только нуклеиновые кислоты (преимущественно ДНК), способные к репликации. Самокопирование других химических соединений пока неизвестно. Основная трудность теории, т. о., состоит в том, что для удвоения нуклеиновых кислот нужны ферменты, а для создания белков нужны нуклеиновые кислоты.
Как только появляется пробионт (первичная саморазмножающаяся систем), начинают действовать уже открытые Дарвином принципы. Поскольку существуют пробелы в теории возникновения жизни на Земле, трудно оценить вероятность возникновения жизни во внеземных условиях.
Теория эволюции. Почти за 150 лет, прошедших со времени появления книги Ч. Дарвина «Происхождение видов...», огромная сумма фактов подтвердила принципиальную правильность построенного им эволюционного учения. На основе дарвинизма и генетики создана синтетическая теория эволюции. Однако на многие важные вопросы ещё нет ответов. Так, известны понятия микроэволюция и макроэволюция. Популяция считается элементарной единицей эволюционного процесса, а мутационный процесс, изоляция, волны численности, естественный отбор рассматриваются как основные эволюционные факторы. Однако неясно, действуют ли только эти факторы на макроэволюционном уровне, т. е. «выше» видообразования, или в возникновении крупных групп организмов (родов, семейств, отрядов и т.д.) участвуют иные, пока неизвестные факторы и механизмы.
Биосфера и человечество. Проблема состоит в том, что биосфера Земли имеет недостаточную продуктивность, чтобы обеспечить продовольствием и кислородом растущее население земного шара. Прогнозы таковы: к 2025 г. население Земли составит 8,3 млрд человек, затем наступит стабилизационный период, и к концу ХХI в. ожидается 11 млрд человек, т.е. почти удвоение популяции по сравнению с сегодняшним днем. При этом почти 70% прироста населения ожидается в развивающихся странах, т.е. там, где ситуация с продовольствием наиболее напряженная. Т.е. через 100 лет при сохранении современных способов ведения земного хозяйства и тех же темпах роста численности человечества почти половине людей не хватит не только пищи и воды, но и кислорода для дыхания.
Вот почему в короткий срок, за время жизни 2—3 поколений людей необходимо:
- во-первых, организовать строгую охрану природыи ограничивать в разумных пределах многие промыслы и прежде всего истребление лесов;
- во-вторых, приступить к обширным мероприятиям, направленным на резкое повышение биологической производительностиземной биосферы и интенсификацию биологических круговоротов.
Биосфера Земли не только снабжает человечество пищей и органическим сырьём, но и поддерживает в равновесном состоянии газовый состав атмосферы, растворы природных вод и круговорот воды на Земле. Поэтому ущерб, наносимый человеком работе биосферы, не только снижает продукцию органического вещества на Земле, но и нарушает химическое равновесие в атмосфере и природных водах.
За счёт введения в культуру из огромного запаса диких видов новых групп микроорганизмов, растений и животных можно ещё в 2—3 раза повысить полезную человеку биологическую продуктивность биосферы. Огромные возможности открывает и генетическая инженерия культурных растений. Агротехнике также предстоит переход на новые формы, резко повышающие урожай (одно из реальных направлений — переход от монокультур к поликультурам). Наконец, люди должны будут научиться улавливать на выходах из биологических круговоротов не малоценные, мелкомолекулярные продукты конечной минерализации органических остатков, а крупномолекулярное органическое вещество (типа сапропелей).
Здоровье человека. Эта сложнейшая и традиционная проблема биологии включает изучение причин возникновения и механизмов патогенеза, а также разработку принципиально новых подходов к лечению и профилактике различных заболеваний: соматических и психических, инфекционных и наследственных, сердечно - сосудистых и онкологических и др. Совершенно очевидно, что без помощи молекулярной биологии и генетики невозможно создать лекарство от рака, увеличить продолжительность жизни и т.д.
Человечеству дан единственный воспроизводящийся ресурс – биологический. Все остальные ресурсы исчерпаемы. Именно поэтому приоритеты в науке на следующее тысячелетие постепенно смещаются в пользу наук о жизни, поэтому ХХI век будет веком биологии.