Наука и техника во второй половине ХХ – начале XXI в.

С середины ХХ века человечество вступило в эпоху НТР – научно-технической революции. Наука превратилась в непосредственную производительную силу общества, стала одним из обязательных факторов производства.

Наука оказывает большое влияние на политику. Чтобы быть эффективным, государственное управление должно иметь научную основу. Возрастание роли науки изменяет и социальную жизнь общества. Меняется профессиональная структура населения: одни специальности отмирают, другие требуют всё большего притока квалифицированных кадров.

Постоянно растёт число научных дисциплин. Сейчас счёт перевалил уже за 15 тысяч. Профессия учёного стала массовой.

По данным ЮНЕСКО, опубликованным в 2015 году, число лиц, занятых исследованиями и научными разработками, достигло 7 миллионов 800 тысяч человек. Для сравнения: в начале ХХ века во всём мире насчитывалось около 100 тысяч учёных.

Когда мы говорили об информационной революции и информационном обществе, делали краткий экскурс в историю современных компьютеров. Прогресс в этой сфере просто невероятен. Огромное значение имело изобретение микропроцессоров. Именно благодаря им громоздкие ЭВМ превратились в компактные и быстродействующие устройства. Микропроцессоры можно встретить буквально повсюду: от промышленных роботов и автомобилей до телефонов и стиральных машин.

В 1990-х годах прошлого века журналисты предлагали такое сравнение. Если бы прогресс в автомобильной промышленности шёл такими же темпами, как в микроэлектронике, то «Роллс-ройс» стоил бы 2 доллара 75 центов. И, используя всего лишь 1 литр бензина, мог бы проехать почти 1,5 тысячи километров.

Но, разумеется, развитием информационных технологий дело не ограничилось. Назовём важнейшие научные открытия и технические достижения второй половины ХХ – начала XXI века.

Эпохальным открытием в биологии стала расшифровка структуры молекулы ДНК. Сама эта макромолекула была выделена ещё в середине XIX века швейцарским физиологом Фридрихом Мишером. Позже удалось доказать, что именно ДНК является носителем генетической информации. Однако её строение всё ещё оставалось загадкой. В 1953 году структура молекулы была расшифрована. Сейчас каждый, кто закончил среднюю школу, знает, что ДНК – двойная спирально закрученная цепочка нуклеотидов.

В 1962 году Фрэнсис Крик, Джеймс Уотсон и Морис Уилкинс получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине за это открытие.

Когда люди узнают, как что-либо устроено, начинают думать, что с этим можно сделать. Учёные научились делить ДНК на отдельные гены и соединять их друг с другом. Так были заложены основы генной инженерии. Советский генетик Иосиф Рапопорт открыл особые вещества – супермутагены. Они позволяют в десятки, а то и в сотни раз повысить частоту возникновения мутаций у разных организмов. В последующем это позволило разработать методы искусственного получения мутации для создания, например, ценных сортов растений или штаммов микроорганизмов. На рубеже II–III тысячелетий биологи научились создавать искусственные генетические системы, вмешиваясь тем самым в явления наследственности.

В 1990 году начал осуществляться международный научно-исследовательский проект «Человеческий геном».

В 2003 структура генома человека в целом была определена. Работа над проектом продолжается, но некоторые практические результаты появились ещё до его завершения. Например, были разработаны способы проведения генетических тестов для определения предрасположенности к различным заболеваниям.

В 2010 году учёные из Института Крейга Вентера (он был одним из участников расшифровки генома человека) создали первую полностью синтетическую хромосому с геномом.

Затем её встроили в бактериальную клетку, лишённую собственного генетического материала. В итоге получился первый в мире искусственный организм – синтетическая бактерия «Синтия». Считается, что в перспективе синтетические геномы дадут возможность буквально за часы создавать вакцины против мутировавших вирусов, новые пищевые продукты и эффективное биотопливо.

Ещё в начале 1940-х годов была разработана технология промышленного производства первого лекарства-антибиотика – пенициллина. А также открыт стрептомицин – средство, которое помогало сражаться с вредоносной палочкой Коха (возбудителем туберкулёза).

На рубеже 1950-х – 1960-х годов начался выпуск полусинтетических антибиотиков. Это способствовало увеличению их видов и произвело настоящую революцию в лечении болезней. Позже стало известно и о вреде, который они могут принести организму. Так что теперь учёным приходится решать и эту проблему.

Совершенствовались медицинские технологии. В 1952 году впервые был использован электростимулятор сердца.

Научились делать шунтирование сосудов для восстановления нормального кровотока. Для уничтожения раковых клеток стала использоваться химеотерапия. В качестве хирургических инструментов теперь применяют пучки протонов («атомный нож») и лазерные лучи. Больших успехов достигла трансплантация органов.

В 2012 году Синъя Яманака и Джон Гёрдон стали лауреатами Нобелевской премии за получение стволовых клеток мыши. Их получали и раньше, но «неэтичным» способом – из эмбрионов. Революционность открытия Яманаки и Гёрдона заключалась в том, что они сумели перепрограммировать работу клеток (научились превращать любые клетки в стволовые).

Если удастся в полной мере применить эти методы для клеток человека, то неизбежным станет прорыв и в лечении рака, и в решении проблемы замедления старения организма, и в клонировании органов.

Клонирование – это получение генетически однородных организмов путём бесполого размножения. Есть много видов живых организмов, у которых клонирование происходит естественным путём. Люди с древних времён применяли искусственное клонирование для практических нужд. Скажем, когда размножали растения с помощью черенков. Но биологи замахнулись на решение гораздо более сложной задачи – клонировать позвоночных животных и человека.

В 1996 году шотландские учёные Йен Уилмут и Кит Кэмпбелл впервые клонировали млекопитающее – овцу. В цитоплазму яйцеклетки одной овечки было пересажено ядро соматической (то есть неполовой) клетки другой. В результате появилась Долли – копия овцы-донора – той, от которой ей перепала соматическая клетка (её, кстати, взяли из вымени).

Долли прожила 6,5 лет, меньше средней овечьей жизни (10–12 лет). У неё развился ряд заболеваний, и её пришлось усыпить. Многие считали и считают, что более короткий век и плохое состояние здоровья овечки-клона было связано именно со способом её воспроизводства.

Но в том, что механизм клонирования может быть повторён, не осталось сомнений. Были проведены эксперименты с другими животными. Так, в Южной Корее в 2008 году клонировали лучшего розыскного пса породы канадский лабрадор-ретривер. Шесть щенков-клонов из семи после тренировок показали нужные для работы на таможне качества. Обычно не более 30 % щенков этой породы оказываются «профессионально пригодными». Возможно клонировать и умершие организмы. Например, много говорят о возможном «оживлении» мамонтов, чьи тела неплохо сохранились в вечной мерзлоте.

Но эксперименты по клонированию человека во многих странах были временно прекращены. Даже под угрозой уголовного преследования.

Поскольку и учёные, и общество оказались не готовы к решению целого ряда сложных научных, этических и религиозных проблем. Взять, к примеру, тот факт, что перед успешным клонированием Долли 227 попыток завершились гибелью эмбриона. В последующем это соотношение улучшалось, но всё равно процент неудач был достаточно велик. Возможен и такой вариант: эмбрион разовьётся, родится человек, но неполноценный, с серьёзными органическими нарушениями. Никто не может гарантировать биологическую безопасность массового клонирования. Предсказать, какие генетические изменения произойдут при этом в долгосрочном периоде, наука пока не в состоянии. С точки зрения основных мировых религий, клонирование – это искусственное создание жизни противоестественным способом. Кроме того, возможно возникновение и чисто юридических противоречий, связанных с вопросами материнства, отцовства, наследования и так далее.

Впрочем, многие исследователи говорят о том, что создание клона, который бы был абсолютно идентичной копией донора клетки, – утопия. Поскольку индивидуальность человека определяется не только генотипом, но и сознанием. А оно у каждого уникально. Подтверждением этого являются естественные человеческие клоны – монозиготные близнецы. Рождаясь с одинаковым набором генов и воспитываясь в одной семье, они тем не менее не вырастают абсолютно идентичными.

Подобный бум открытий в физике пришёлся на конец XIX – первую половину ХХ века. Но это не значит, что современным учёным-физикам нечем удивить мир.

В 2008 году было официально объявлено об открытии Большого адронного коллайдера – ускорителя заряженных частиц. Большим он является в прямом смысле слова. Длина основного кольца коллайдера превышает 26,5 километров. В 2012 году благодаря Большому адронному коллайдеру удалось доказать существование бозона Хиггса. Собственно говоря, как раз для этого он в первую очередь и создавался.

Бозон Хиггса – это элементарная частица. Физики говорят о том, что у неё совершенно особая роль во Вселенной. Она придаёт частицам массу. Если бы другие элементарные частицы – электроны, кварки – были бы безмассовыми, то ничего вокруг, кроме них самих, не существовало бы. Они бы летали со скоростью света, и никаких атомов бы не было.

Существование подобной частицы было предсказано британским физиком Питером Хиггсом ещё в 1964 году. Понадобилось около 50 лет, чтобы появились технические возможности её обнаружить.

В 2013 году Хиггс и бельгийский учёный Франсуа Энглер стали Нобелевскими лауреатами по физике. «За теоретическое обнаружение механизма, который помогает нам понять происхождение массы субатомных частиц, подтверждённого в последнее время обнаружением предсказанной элементарной частицы», – таким было обоснование этой награды.

Чем больше мы узнаём, тем больше вопросов у нас возникает. Это известное ещё древним грекам правило познания продолжает работать и в современной науке.

Существование бозона Хиггса доказано! Ура! Теперь мы можем объяснить все тайны мироздания. Но процесс познания бесконечен. Учёные говорят, что, скорее всего, существует несколько видов подобных частиц. Может быть, их удастся открыть на Большом адронном коллайдере. Или придётся построить ещё более мощный ускоритель.

Серьёзным прорывом в создании новых конструкционных материалов стало открытие фуллерена. На основе этой разновидности углерода был получен фуллерит.

Это ультрапрочный материал, который способен даже царапать алмаз. И в то же время он обладает рекордными показателями упругости. Фуллерены могут использоваться в микроэлектронике, оптике, строительстве, транспорте и даже в медицине. Например, на их основе можно создать совершенно замечательные ранозаживляющие повязки. За открытие фуллерена Роберт Кёрл, Харольд Кро́то и Ричард Смолли в 1996 году получили Нобелевскую премию по химии.

Ещё одной модификацией углерода является графен.

Его кристаллическая решётка имеет толщину всего в один атом углерода. И эта особенность придаёт графену невероятные свойства. При прочности в 200 раз больше, чем у стали, он очень гибок. На единицу его массы приходится самая большая площадь поверхности по сравнению со всеми известными материалами. Гибкий, сверхпрочный и сверхтонкий… К тому же графен сверхэлектроёмкий. Его электропроводность в 100 раз превосходит кремний, который широко используется в солнечных батареях. В 2010 году двое российских учёных, работающих в Англии, – Андрей Гейм и Константин Новосёлов – получили Нобелевскую премию по физике за это открытие.

Подведём итог. Развитие науки во второй половине ХХ – начале XXI века открывает невероятные перспективы для развития человеческой цивилизации. Даёт новые возможности, но и ставит новые проблемы. В первую очередь этические, связанные с возможными последствиями использования научных открытий.