Lebenserhaltung des Menschen. Notwendige Ausrüstung und Eigentum. Leiter der menschlichen Lebenserhaltung. Bevölkerungswachstum und Ernährungssicherheit
Lektion 24
MENSCHLICHE LEBENSERHALTUNG. ERFORDERLICHE AUSRÜSTUNG UND EIGENTUM
Betreff: OBJ.
Datum: „____“ _____________ 20___
Ziele und Ziele: die Studierenden mit den Arten und Methoden der menschlichen Lebenserhaltung, der Ausrüstung und dem Eigentum eines Touristen vertraut zu machen; Gelassenheit pflegen.
Pädagogischer visueller Komplex: Lehrbuch, Rucksack mit einer Reihe von Dingen zum Stylen.
Während des Unterrichts
ICH.Zeit organisieren.
II.Hausaufgaben überprüfen.
Gespräch zum Thema:
- Wie können Sie Ihrer Meinung nach die Entfernung zu einem unzugänglichen Objekt, seine Höhe und Breite bestimmen?
Die Schüler geben Beispiele, der Lehrer bewertet ihre Antworten.
III.Ein neues Thema erkunden.
1. Einführung in das Thema der Lektion.
Für eine normale Lebenserhaltung benötigt ein Mensch unter normalen Bedingungen viele Dinge. Versuchen Sie, ihre Zahl zu zählen, und schon bald wird Ihr Konto über hundert liegen. Und wenn wir eine Wanderung unternehmen, müssen wir uns auch um unsere Lebenserhaltung vor Ort kümmern. Natürlich müssen viele bekannte Haushaltsgegenstände geopfert werden. Dies geschieht, um das Gewicht des Gepäcks, das Sie selbst tragen müssen, zu verringern. Daher werden wir für eine Wanderung Dinge auswählen, die eine multifunktionale Belastung haben.
2. Illustrierte Lehrergeschichte.
Die gesamte Ausrüstung ist in Einzel-, Gruppen- und Spezialausrüstung unterteilt.
persönliche Ausrüstung, Das ist nützlich für Reisende, Touristen, Fischer, Jäger – alle, die oft in der Natur vorkommen.
1) KLMN (Becher, Löffel, Schüssel, Messer) – diese Accessoires sollten leicht sein, zum Beispiel aus Kunststoff, das Messer sollte klappbar sein. Alle müssen in einem separaten Beutel verpackt sein.
2) Bettwäsche – am Feuer sitzen, in einem Zelt darauf liegen, Schutz vor dem Regen suchen.
3) Streichhölzer – verpackt in einer Plastiktüte.
4) Toilettenpapier, kann zum Anzünden eines Feuers verwendet werden.
5) Toilettenartikel – Seife, Zahnpasta, Bürste, Handtuch.
Eine Wanderung ist kein Grund, sich mit Schlamm zu überwuchern, und es ist wichtig, immer und überall auf Hygiene zu achten. Auch diese Accessoires sind in einer Tasche zusammengefaltet und liegen in der Tasche des Rucksacks, so dass sie schnell gefunden werden können.
6) Schlafsack.
7) Eine Kerze oder eine Taschenlampe zum abendlichen Schlafengehen, Lagerfeuerdienst, Treffen mit dem „Schwarzen Kletterer“.
8) Badebekleidung in der warmen Jahreszeit.
9) Lebensmittelvorrat: gekochte und rohe Kartoffeln, gekochte Eier, Brot (gehackt), Gurken, Tomaten, Käse, Wurst, Konserven, Salz, Zucker – nach Bedarf, Karotten, Nudeln, Gemüse usw. unter Berücksichtigung der Investition von allem für den allgemeinen Gebrauch.
10) Reparaturset (Nadeln, Fäden, Kleber, Draht, Hammer, Nägel, Zangen, Gummistücke, Lappen, Klebeband usw.).
11) Erste-Hilfe-Kasten mit einer Reihe notwendiger Medikamente und Verbände.
Spezialausrüstung.
Wenn die Überwindung eines Wassers, eines Berges oder eines anderen Hindernisses geplant ist, kommt zusätzlich spezielle persönliche und Gruppenausrüstung hinzu: Schwimmwesten, Seile, Schnüre, Moskitonetze, Eispickel usw.
3. Rucksack-Praxis.
Bei den „Safety School“-Wettbewerben werden die Teilnehmer auf die Verfügbarkeit persönlicher Ausrüstung und die Fähigkeit, einen Rucksack zu packen, überprüft.
Was Sie für das richtige Packen des Rucksacks beachten müssen:
- Der Rucksack muss so gelegt werden, dass er eng am Rücken des Touristen anliegt, nicht durchhängt, nicht nach hinten hängt, keinen Druck auf die Schultern ausübt, einen niedrigen Schwerpunkt hat und das Gehen nicht behindert.
- In einem richtig verstauten Rucksack werden schwere Gegenstände unten mit einem Versatz von der Mitte nach hinten platziert, zerbrechliche Gegenstände mit etwas Weichem ausgekleidet oben und das Nötigste so, dass man es schnell und leicht erreichen kann (in den Taschen). , oben am Rucksack, in Befestigungsgurten).
- Es ist auch darauf zu achten, dass die Gegenstände im Rucksack nach dem Sturz des Touristen nicht beschädigt oder beschädigt werden.
- Der Rucksack muss möglichst kompakt und praktisch verpackt sein, damit die eingepackten Sachen nicht klappern oder sich bewegen.
- Es empfiehlt sich, alle Dinge im Rucksack in Hüllen oder Taschen aufzubewahren. Streichhölzer müssen in der Mitte des Rucksacks platziert werden.
- Scharfe, stechende Gegenstände müssen in Hüllen gelegt oder mit Kleidungsstücken überdeckt werden.
Der Lehrer lädt mehrere Schüler ein, das Packen eines Rucksacks aus vorbereiteter Ausrüstung zu demonstrieren. Darüber hinaus sollten im Set auch solche Gegenstände enthalten sein, die Studierende nicht im Rucksack mitnehmen sollten.
IV.Lehrbuchmaterial.
Es ist bekannt, dass die Lebenserhaltung eines Menschen in erster Linie von seiner Ausrüstung, seinem Eigentum, seinen Nahrungsmittelvorräten sowie seinen Fähigkeiten bei der Einrichtung eines Biwaks oder der Vorbereitung eines Unterschlupfs abhängt.
Notwendige Ausrüstung und Eigentum
Der Einfachheit halber kann die gesamte Ausrüstung in Einzel-, Gruppen- und Spezialausrüstung unterteilt werden. Eine vollständige und verbindliche Liste davon ist im Wettbewerbsreglement angegeben.
ZU persönliche Ausrüstung Dazu gehören Wearables, Bettwäsche und Waschzubehör sowie einige Artikel für den individuellen Gebrauch (Becher, Schüssel, Löffel, Rucksack) – alles, worauf jeder Mensch persönlich nicht verzichten kann.
Zunächst müssen Sie darauf achten Kleidung Und Schuhe. Die Kleidung sollte leicht und bequem sein, die Bewegungen nicht einschränken und gleichzeitig eng anliegen (damit eine Mücke nicht durchsticht). Das bequemste Hemd ist ein Cowboy-Hemd, ein Sturmanzug aus Plane, der zwar nass wird, aber schnell trocknet. Bei Regen ist ein Regenmantel mit Kapuze erforderlich, der eine Person sowie einen Rucksack bedeckt. Für eine kühle Zeit benötigen Sie warme Wollkleidung: einen Pullover und Leggings, eine Strickmütze. Stellen Sie sicher, dass Sie einen leichten Hut mit großem Schirm haben, der vor der Sonne schützt. An Ihren Füßen sollten zwei Paar Socken angezogen werden – Wolle und Baumwolle, in beliebiger Reihenfolge. Die besten Schuhe sind ausgetretene Stiefel mit niedrigem Absatz, am besten mit gerillter Sohle. Normalerweise werden sie 1-2 Nummern größer genommen, damit Sie eine dicke Filzeinlage hineinlegen und eine dicke Socke anziehen können. Empfehlenswert sind auch leichte, ausziehbare Schuhe, in denen man im Biwak unterwegs ist und den Füßen Ruhe gönnt.
Es ist sehr wichtig zu wählen Rucksack. Der Rucksack sollte mit der gesamten Rückwand eng am Rücken anliegen und nicht auf dem unteren Rücken stehen, nicht darunter hängen. Dies wird erreicht, indem der Rucksack entsprechend seiner Körpergröße ausgewählt wird und die Gurte richtig angepasst werden. Es ist wichtig, den Rucksack richtig zu platzieren: schwer – nach unten, weich – nach hinten, voluminös nach oben, das Nötigste – in den Taschen.
Zunächst einmal die Bettwäsche Schlafsack. Es sollte etwas länger sein als sein Besitzer. Jeder Schlafsack sollte immer in einer wasserdichten Hülle transportiert werden. Um den Körper vom kalten Boden zu isolieren, legen Sie ihn unter den Schlafsack Teppich, Maße: 40 x 100 cm (Schultern bis Füße), meist aus synthetischen Materialien.
Gruppenausrüstung stellen Zelte, Äxte, Kochutensilien, Karten, Kompasse und viele andere Gegenstände für den gemeinsamen Gebrauch her – alles, worauf eine Gruppe nicht verzichten kann.
Aus Zelte Am gebräuchlichsten sind Giebelzelte in Form eines Hauses (Abb. 35) mit einem Satz Gestelle und Heringe, die wie ein Zelt in einer Hülle aus dichtem Stoff untergebracht sind. Obwohl die Zelte aus wasserdichtem Stoff bestehen, sollten sie mit einem speziellen Stoff abgedeckt werden Markisen. Jedes Zelt braucht eine Taschenlampe.
ZU Lagerfeuerzubehör Dazu gehören ein Kabel zum Aufhängen von Eimern zwischen Bäumen, klappbare Tagankas, Stative, zusammenklappbare Feuerstellen, Haken und Ketten zum Aufhängen von Geschirr und zum Einstellen der Höhe über dem Feuer (Abb. 36). Außerdem werden Handschuhe benötigt, ohne die das Arbeiten am Feuer nicht möglich ist, ein Rührstab mit langem Griff, eine Zeltküche. Am bequemsten zum Kochen und Transportieren von Lebensmitteln sind die sogenannten Kana - Sätze mit 2-3 Eimern.
Es ist zu beachten, dass beim Kochen am Feuer die Verwendung verzinkter Utensilien nicht zulässig ist.
ZU Küchenutensilien Dazu gehören Wachstücher, Schneidebretter, Messer, Schöpfkellen, Dosenöffner und Streichhölzer in wasserdichter Verpackung.
Die Zusammensetzung der Gruppenausrüstung (für eine Gruppe von 4-6 Personen) muss 1 Axt, 1 Säge, 1 Schaufel umfassen, die an der Spitze Abdeckungen mit einer dichten Dichtung haben müssen. Die Gruppenausrüstung umfasst Erste-Hilfe-Kasten und ein spezielles Reparaturset, Dazu gehören: ein elastisches Gummiband, ein paar Sicherheitsnadeln, normale und dicke Nadeln, eine Ahle, Ersatzknöpfe, Faden, Schnüre, Zangen, Lederstücke, BF-Kleber, Isolierband, Draht usw. – alles, was Sie brauchen könnten zu Reparaturen unterwegs.
Abhängig von den Besonderheiten der bevorstehenden Aktivität wird diese abgeschlossen Spezialausrüstung, Dazu gehören Artikel für den persönlichen und kollektiven Gebrauch: Schwimmwesten, Seile, Schnüre, Eispickel, Moskitonetze, spezielle Kletterausrüstung. Eine Reihe spezieller Ausrüstung wird in §21.1 ausführlicher besprochen.
Während der School of Safety-Wettbewerbe werden die Teilnehmer in der Regel auf Ausrüstung und Rucksackverpackung überprüft. Für die falsche Anordnung der Dinge im Rucksack, das Vorhandensein unnötiger oder fehlender notwendiger Ausrüstung wird das Team bestraft.
Fragen
1) Welche Geräte und Ausrüstungselemente sollten in die Ausrüstungsliste einer Gruppe (Person) aufgenommen werden?
2) Wie ist die Reihenfolge beim Packen der Ausrüstung in einen Rucksack?
v.Zusammenfassung der Lektion.
- Welche Tipps und Empfehlungen zum Erwerb von Wanderausrüstung könnten Sie geben, nachdem Sie sich mit dem Thema der heutigen Lektion befasst haben?
Hausaufgaben: Machen Sie ein Memo: Wie ist die Reihenfolge beim Packen von Dingen in einen Rucksack?
Bevölkerungswachstum und Nahrungsmittelversorgung. Eine der wichtigsten Komponenten der menschlichen Lebenserhaltung ist die Produktion und der Konsum von Nahrungsmitteln. Die Geschichte der Entwicklung der Nahrungsmittelproduktion ist mit der Entstehung der Landwirtschaft verbunden, deren erste Anzeichen vor etwa 12.000 Jahren auftraten. Zu dieser Zeit betrug die Bevölkerung des Planeten etwa 15 Millionen Menschen. Zu Beginn der neuen Chronologie gab es etwa 250 Millionen Menschen. Bis 1650 hatte sich die Bevölkerung verdoppelt und erreichte 500 Millionen. Die nächste Verdoppelung (Anstieg auf 310
1 Milliarde) geschah etwa 200 Jahre später (bis 1850). Im Jahr 1999 stieg die Weltbevölkerung auf 6 Milliarden Menschen, im Jahr 2050 werden es laut UN-Experten mehr als 10 Milliarden Menschen sein (Abb. 7.11).
Nahrungsmangel ist eine der Ursachen für den vorzeitigen Tod von Menschen. So starben 1983 etwa 20 Millionen Menschen an Hunger – fast 0,5 % der Weltbevölkerung, und etwa 500 Millionen weitere litten schwer an Unterernährung. Bis zum Ende des letzten Jahrhunderts überstieg die Zahl der Menschen, die am Rande des Hungers standen, 650 Millionen. All dies deutet darauf hin, dass die Versorgung der Bevölkerung mit Nahrungsmitteln das wichtigste Problem der modernen Menschheit ist. Es betrifft nicht nur diejenigen, die hungrig und unterernährt sind und am wenigsten in der Lage sind, das Problem zu lösen, sondern größtenteils auch diejenigen, die auf der Grundlage der neuesten wissenschaftlichen Erkenntnisse rationale Lösungsansätze anbieten können.
Es liegt auf der Hand, dass die Nahrungsmittelproduktion allein durch die Erschließung neuer Flächen nicht wesentlich gesteigert werden kann. In den meisten Ländern
Alle für die Landwirtschaft geeigneten Flächen sind bereits bewirtschaftet. In dicht besiedelten Entwicklungsländern erfordert die Ausweitung der Ackerflächen große Investitionen und ist mit einem Ungleichgewicht der Ökosysteme verbunden. Daher können die Nahrungsressourcen erhöht werden, indem die Produktionstechnologie verbessert, die Nährstoffe im Boden erhalten, Bewässerungsflächen mit Wasser versorgt, die Qualität der Lebensmittellagerung verbessert wird usw. Moderne Errungenschaften der Naturwissenschaften und vor allem der Agrochemie und Biochemie ermöglichen die Steuerung komplexer biochemischer Prozesse auf molekularer Ebene unter Beteiligung von mineralischen und organischen Düngemitteln, Wachstumshormonen, Pheromonen, Nähr-, Schutz- und anderen produktivitätssteigernden Substanzen. Gleichzeitig darf kein Mittel – ob chemisch oder biologisch – zu einer Verletzung des natürlichen Gleichgewichts und einer Umweltverschmutzung führen.
Steigerung der Bodenfruchtbarkeit.So Seit der Zeit eines der Begründer der Agrochemie, des deutschen Chemikers Justus Liebig (1803-1873), ist bekannt, dass für das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen Mineraldünger mit anorganischen Stoffen: Stickstoff, Phosphor, Kalium und Kalzium benötigt werden. Sie sind nicht austauschbar, sie können nicht durch andere Stoffe ersetzt werden. Aus dem Ende des 19. Jahrhunderts Die Produktion von Kali- und Phosphordüngern entwickelte sich relativ schnell. Im Jahr 1975 wurden beispielsweise etwa 24 Millionen Tonnen Kalidünger (K 2 O) produziert. Bis zum Ende des 20. Jahrhunderts. ihr jährliches Volumen hat sich verdoppelt. Pro Hektar Ackerland werden durchschnittlich etwa 100 kg Kalidünger ausgebracht. Trotz der Tatsache, dass Phosphor im Boden enthalten ist (ca. 20 Tonnen Phosphordünger in Bezug auf P 2 O 5 sind in einer 40 cm dicken Ackerlandschicht auf einer Fläche von 1 ha verstreut), kommt es sehr langsam zur Sache Pflanzen und einige Bodenarten benötigen Phosphordünger. Im Jahr 1975 wurden weltweit etwa 30 Millionen Tonnen davon produziert.
Um den Ertrag vieler Kulturpflanzen zu steigern, werden Stickstoffdünger benötigt. Ihre Herstellung umfasst die Synthese von Ammoniak NH 3 und basiert auf der Bindung von Luftstickstoff. 1917 wurde der erste Ammoniaktank hergestellt. Im Jahr 1975 betrug die weltweite Produktion von Stickstoffdüngern über 45 Millionen Tonnen, im Jahr 2000 etwa das Doppelte. Mit jedem Kilogramm Stickstoffdünger, das pro 1 Hektar Boden ausgebracht wird, erhöht sich der Ertrag von Getreidekulturen um 8-11 kg, von Kartoffeln um 90 kg und von Futtergräsern um 100 kg.
Ab etwa der Mitte des 20. Jahrhunderts. Mikroelemente gerieten ins Blickfeld der Agrochemiker: Bor, Kupfer, Mangan, Molybdän, Zink usw. Der Bedarf an ihnen ist nicht groß – nur ein paar hundert Gramm pro 1 ha, aber ohne sie wird der Ertrag deutlich reduziert. Seit 1970 ist die Produktion komplexer Düngemittel etabliert, die alle für Pflanzen notwendigen Mikroelemente enthalten. 312
In jüngerer Zeit wurden der Zeitpunkt und die Dosierung von Düngemitteln empirisch bestimmt, was nicht immer effektiv und rational war. Vor kurzem wurde ein naturwissenschaftlicher Ansatz eingeführt: Die auf den Boden ausgebrachten Düngemitteldosen und der Zeitpunkt ihrer Anwendung werden auf der Grundlage der biochemischen Analyse des Bodens und unter Berücksichtigung der Besonderheiten der Kulturpflanze, des Wetters und der klimatischen Bedingungen berechnet usw. Gute Ergebnisse wurden beim Anbau von Pflanzen unter Gewächshausbedingungen auf Hydrokulturen mit automatischer Zufuhr flüssiger Nährstoffmischungen, deren Dosierung und Temperaturkontrolle erzielt. Unter solchen künstlichen Bedingungen werden beispielsweise mindestens sechs Tomatenkulturen pro Jahr geerntet, und der Ertrag beträgt etwa 400 kg Gemüse pro 1 m 2.
In den Medien wird manchmal unangemessen behauptet, dass Produkte, die unter Verwendung mineralischer chemischer Düngemittel angebaut werden, für die menschliche Gesundheit gefährlich seien. Diese Behauptung kann jedoch nicht als bewiesen angesehen werden. Im Gegenteil trägt die optimale Menge an Mineraldüngern zu einer deutlichen Ertragssteigerung bei. Gleichzeitig führt ein Verstoß gegen die agrochemischen Vorschriften zur Regelung der Dosierung und des Zeitpunkts der Ausbringung von Mineraldüngern zu deren übermäßiger Anreicherung im Boden und zum Eindringen in Wasserquellen, was in der Folge die Bodenfruchtbarkeit verschlechtert und Gewässer verschmutzt.
Derzeit ist der Ertrag der Kulturpflanzen gewachsen Mit Der Einsatz mineralischer Düngemittel steigt im Schnitt um ein Drittel. Allerdings ist die Produktion von Düngemitteln in den verschiedenen Ländern sehr unterschiedlich. Fast 80 – 90 % aller Mineraldünger werden in Europa, Japan und Nordamerika produziert und verbraucht.
Stickstoff-Fixierung. Ammoniak-Stickstoffdünger werden aus Luftstickstoff und Wasserstoff bei einer Temperatur von 500 °C und einem Druck von 300 atm in Gegenwart eines Katalysators (Eisen kombiniert mit einem Alkalimetall) synthetisiert. Ihre Herstellung verbraucht viel Energie. Und das bedeutet, dass Stickstoff in der Luft mit hohen Kosten zu einem nützlichen und notwendigen Produkt wird. Daher wird seit langem nach wirksameren Möglichkeiten gesucht, den Boden mit Stickstoff anzureichern.
Während des Wachstums nehmen viele Pflanzen Stickstoff hauptsächlich aus dem Boden auf, und eine langjährige Fruchtfolge trägt zu seiner Wiederauffüllung bei. Gleichzeitig sind manche Pflanzen selbst in der Lage, den elementaren Stickstoff der Luft in die von ihnen benötigten Verbindungen umzuwandeln. Was ist der Mechanismus einer solchen Transformation? Beobachtungen haben gezeigt, dass an diesem Prozess Bakterien und Algen beteiligt sind, die den Luftstickstoff zu Ammoniak reduzieren. Es findet ein wichtiger natürlicher Prozess statt Stickstoff-Fixierung. Der fixierte Stickstoff wird dann von Pflanzen in Aminosäuren, Proteine und andere organische Verbindungen umgewandelt. Pflanzen aus der Familie der Hülsenfrüchte (Sojabohnen, Luzerne etc.) binden lebend Stickstoff mit Hilfe von Wurzelknöllchenbakterien
wachsen auf ihren Wurzeln. Auch rund 170 Nicht-Hülsenfruchtarten sind in der Lage, Stickstoff zu binden. Natürliche Stickstofffixierer sind einige frei lebende Bakterien und Blaualgen.
Als Ergebnis biochemischer Studien wurde festgestellt, dass ein Enzym namens Nitrogenase an der Stickstofffixierung beteiligt ist. Durch speziell entwickelte Reinigungsmethoden und spektroskopische Untersuchungen konnte der Mechanismus der Stickstofffixierung unter Einwirkung des Enzyms Nitrogenase aufgeklärt werden (Abb. 7.12). Es ist möglich, dass das Problem der Stickstofffixierung nach dem Prinzip der Knöllchenbakterien in naher Zukunft unter künstlichen Bedingungen im großen Maßstab erfolgreich gelöst werden kann.
Derzeit wird ein weiterer wichtiger Bereich der Stickstofffixierungsforschung unter Berücksichtigung der genetischen Natur von Pflanzen entwickelt. Der Einsatz genetischer Technologien und die Entwicklung neuer Methoden zur Überwachung und Kontrolle der Entwicklung und Alterung von Pflanzen werden zu einer umfassenderen Aufklärung des Mechanismus der Stickstofffixierung und zur Schaffung von Stämmen beitragen, die Stickstoff effektiv fixieren. Eine sehr wichtige Aufgabe besteht darin, die natürliche Fähigkeit zur Stickstoffbindung auf viele Kulturpflanzen auszudehnen, d.h. machen sie selbstbefruchtend.
Die Rolle von Proteinen in der Ernährung. Die Grundlage der Nährstoffe sind Proteine, Fette und Kohlenhydrate. Wenn der Gehalt an Kohlenhydraten und Fetten in Lebensmitteln – Energieträgern – begrenzt werden kann, ist dies für Proteine inakzeptabel: Sie werden für die ständige Regeneration von Organen und das Körperwachstum benötigt. Proteinmangel führt zur Erschöpfung des Körpers. Erforderlich für 314
Für die normale Funktion des menschlichen Körpers beträgt die tägliche Proteinaufnahme bei Erwachsenen bis zu 1 g und bei Kindern 2-3 g pro Kilogramm Körpergewicht. Die tägliche Proteinaufnahme für Erwachsene beträgt 60-100 g. Allerdings werden diese von Experten empfohlenen Normen nicht immer eingehalten. Wenn beispielsweise in Industrieländern pro Kopf und Tag 85-95 g Proteine verfügbar sind, sind es in unterentwickelten Ländern 50 g. Der Bedarf der Bevölkerung an Proteinen wächst stetig (Abb. 7.13). Mehr als 60 % der verzehrten Proteine sind pflanzlichen Ursprungs. Samen von Kulturpflanzen: Weizen, Reis, Mais, Sojabohnen usw. – zeichnen sich durch einen hohen Proteingehalt (9 – 20 %) aus.
Von den 20 Aminosäuren der Proteine, die für das Leben des menschlichen Körpers notwendig sind, werden nur 12 vom Körper selbst synthetisiert. Der Rest, darunter Lysin, Methionin und andere, muss mit der Nahrung zugeführt werden und ihr Gehalt in den meisten Pflanzenprodukten ist relativ gering. Gleichzeitig ähnelt die chemische Zusammensetzung tierischer Proteine den Proteinen des menschlichen Körpers und der Bedarf an einigen Aminosäuren kann durch Fleischnahrung leichter gedeckt werden. Auf den ersten Blick scheint es, dass das Problem bei der Proteinproduktion liegen könnte
lässt sich leicht durch eine Steigerung der Produktion tierischer Produkte lösen. Das Problem ist jedoch viel komplexer: Für das Wachstum von Tieren werden riesige Mengen an wertvollen Proteinen benötigt.
In Pflanzenblättern sind große Proteinreserven konzentriert. Allerdings erfordert die Gewinnung von Proteinen aus ihnen viel Energie. Um die biologische Aktivität zu erhöhen, werden fehlende Aminosäuren in pflanzliche Proteine eingebaut. Beispielsweise erhöht die Zugabe von 0,4 % Lysin zu Weizenmehl dessen biologische Aktivität um mehr als 50 %. Durch eine genetische Operation gelang es, den Lysingehalt im Protein von Mais und Weizen von 2 auf zu erhöhen 4%. In der Geflügel- und Schweinezucht wird mit Methionin angereichertes Sojamehl verwendet, das einen relativ hohen Proteingehalt enthält.
In den letzten Jahrzehnten wurde der Entwicklung und Produktion von Lebensmittelbiomasse mit hohem Proteingehalt große Aufmerksamkeit gewidmet. Moderne Mittel der Biotechnologie ermöglichen die Herstellung künstlicher Eiweißstoffe aus Holzabfällen, Erdöl und seinen Produkten sowie aus Erdgas. Künstliche Proteinnährstoffe werden in der Tierhaltung häufig eingesetzt. Die relativ neu entwickelten Methoden der Gentechnologie heben den biotechnologischen Prozess zur Herstellung der wertvollsten Proteinprodukte auf ein höheres Niveau.
Einer der wichtigen Bereiche der modernen Mikrobiologie ist die Verbesserung des Nährwerts und der Schmackhaftigkeit von Lebensmitteln. Essen ist nicht nur ein Mittel zum normalen menschlichen Leben, sondern auch eine Quelle des Vergnügens. Der Wunsch nach Genuss führt jedoch oft zu übermäßigem Essen. Experten zufolge essen in vielen Industrieländern etwa 20 % der männlichen und 40 % der weiblichen Bevölkerung viel mehr, als der Körper braucht. Es wurde festgestellt, dass der normale menschliche Zuckerkonsum pro Jahr 18 kg nicht überschreiten sollte, während dieser Wert in einigen Ländern 60 kg erreicht. Übermäßiger Verzehr von Zucker oder anderen Nahrungsmitteln schadet der menschlichen Gesundheit und führt meist zu Fettleibigkeit. Mikrobiologen hoffen, wirksame Mittel anbieten zu können, um den übermäßigen Verzehr schmackhafter und kalorienreicher Lebensmittel einzudämmen.
Aussichten für eine Erhöhung der Nahrungsressourcen. Traditionelle Methoden zur Erhöhung der Nahrungsressourcen basieren auf der Verbesserung der Technologie zur Herstellung und Lagerung von Lebensmitteln. Im Produktionsprozess ist es zunächst notwendig, die Zusammensetzung und Struktur des Bodens wiederherzustellen, um seine Fruchtbarkeit zu erhalten. In allen Phasen der Lebensmittelproduktion und -lagerung spielen die Naturwissenschaften eine wichtige Rolle, da sie es uns ermöglichen, die Natur von Mikroprozessen in lebenden Systemen zu verstehen und die Wirkung verschiedener Substanzen, die das Nahrungsangebot erhöhen, auf sie zu untersuchen.
Ressourcen. Zu diesen Substanzen gehören Hormone, Pheromone, Schutz- und Nährstoffe. Sie wirken aktiv auf Haustiere, Kulturpflanzen und deren natürliche Schädlinge.
Bei der Produktion landwirtschaftlicher Produkte ist eine wirksame Schädlingsbekämpfung sehr wichtig. In der jüngeren Vergangenheit lag der Schwerpunkt auf der Suche nach Chemikalien zur Abtötung schädlicher Insekten. Ihr massenhafter Einsatz führt jedoch zu einer Verletzung des natürlichen Gleichgewichts und einer Verschmutzung der Umwelt. Die langjährige Erfahrung hat gezeigt, dass es sinnvoller ist, die Auswirkungen schädlicher Insekten zu kontrollieren und sie nicht vollständig auszurotten. Durch die Untersuchung biochemischer Prozesse in den Organismen selbst ist es möglich geworden, die durch Schädlinge verursachten Schäden durch Mittel zu begrenzen, die auch bei langfristiger Anwendung für die Natur unbedenklich sind.
Da die Vermehrung der Nahrungsressourcen letztlich vom Wachstum der Pflanzen abhängt, spielt die Photosynthese eine Schlüsselrolle bei der Nahrungsmittelproduktion. Photosynthese ist der wichtigste natürliche Prozess, bei dem grüne Pflanzen, Algen und photosynthetische Bakterien Sonnenenergie nutzen, um die chemischen Reaktionen der Umwandlung von Kohlendioxid und Wasser in organische Verbindungen bei gleichzeitiger Freisetzung von molekularem Sauerstoff anzuregen. Während der Photosynthese absorbiert das in pflanzlichen Chloroplasten enthaltene Chlorophyll Lichtenergie und wandelt sie in die Energie chemischer Bindungen organischer Verbindungen um. Chlorophyll hat eine komplexe Struktur einer zyklischen Verbindung, die ein Magnesiumatom enthält. Eine der Varianten der Struktur von Chlorophyll ist in Abb. dargestellt. 7.14.
Die Erforschung der Photosynthese beginnt im Jahr 1630, als der berühmte niederländische Naturforscher Jan Helmont (1579-1644) bewies, dass Pflanzen Nährstoffe aus Pflanzen gewinnen
Luft. Das vom Wissenschaftler durchgeführte Experiment ist recht einfach. Nachdem er die Erde in einem Topf gewogen hatte, pflanzte er einen Weidenspross hinein. Nach fünf Jahren wog er die Erde und die Pflanze. Es stellte sich heraus, dass die Masse der Weide um ein Vielfaches größer war als das Original, und die Masse der Erde veränderte sich unwesentlich. Viel später, im Jahr 1771, kam der englische Chemiker Joseph Priestley (1733-1804) zu einer weiteren wichtigen Schlussfolgerung: Pflanzen reinigen die Luft und machen sie atmungsaktiv. Eine solche Schlussfolgerung ergab sich aus seinem Experiment mit einer darunter platzierten Maus
metrische Kappe. Ihre Lebensdauer verlängerte sich deutlich, wenn sich gleichzeitig eine Pflanze unter der Kappe befand. Bei weiteren Untersuchungen stellte sich heraus, dass Pflanzen Sauerstoff abgeben, der für das Leben vieler Organismen notwendig ist. J. Priestley ist auch als Wissenschaftler bekannt, der 1774 erstmals Sauerstoff entdeckte.
Pflanzenzellen kann man sich als chemische Fabriken vorstellen, die bei der Photosynthese Kohlenwasserstoffverbindungen produzieren, die die Grundlage der Pflanzen bilden. Es wurde festgestellt, dass die für die Photosynthese benötigte Energie zu etwa zwei Dritteln durch Strahlung im roten und nahen Infrarotbereich des Sonnenspektrums bereitgestellt wird. Darüber hinaus beinhaltet die Photosynthese die Wechselwirkung vieler Chlorophyllmoleküle. In diesem Fall wird angenommen, dass das Zentrum der Photoreaktion zwei parallele Chlorophyllringe sind, die durch Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Aminosäuregruppen in geringem Abstand voneinander gehalten werden. All diese Informationen sind sehr wichtig, um das Wesen der Photosynthese zu verstehen. Die Reproduktion der Photosynthese unter Laborbedingungen wäre die größte Errungenschaft der Naturwissenschaft.
Die Photosynthese ist nicht nur die wichtigste Quelle für Nahrungsressourcen, sondern auch für Energie. Durch die Umwandlung organischer Pflanzenstoffe kann eine enorme Energiemenge gewonnen werden. Dank der Photosynthese wird die Luft von Kohlendioxid gereinigt, das in sehr wertvolle organische Substanzen umgewandelt wird.
Mittel zur Erhaltung der Gesundheit. Medikamente gegen verschiedene Krankheiten werden seit der Antike eingesetzt, doch erst in den letzten 100 Jahren konnten dank der Entwicklung der Biochemie und Mikrobiologie mehr als 95 % der Medikamentenarten synthetisiert werden. Die Wirksamkeit der Behandlung wird maßgeblich von der Verfügbarkeit von Medikamenten bestimmt. Dank wirksamer Medikamente wurde die Pest besiegt, es entstanden Aussichten auf eine Heilung zahlreicher Infektionskrankheiten, die Kindersterblichkeit sank stark usw.
In jüngster Zeit wurden neue Methoden zur Synthese pharmakologisch aktiver Verbindungen entwickelt und auf dieser Grundlage neue wirksame Medikamente gewonnen, die die Aktivität von Enzymen und Rezeptoren regulieren. Enzyme sind an den meisten chemischen Umwandlungen in lebenden Organismen beteiligt und wirken über sogenannte chemische Vermittler Hormone Und Vermittler. Sie regulieren chemische Umwandlungen und steuern dadurch die wichtigsten Lebensprozesse – Muskelkontraktion, Adrenalinausschüttung usw. Eine Substanz, die die Aktivität eines Enzyms unterdrückt, wird als ihr bezeichnet Inhibitor. Die entwickelten Enzyminhibitoren sind sehr wirksam bei der Behandlung von Bluthochdruck, Arteriosklerose, Asthma und anderen Krankheiten. 318
Rezeptoren- Makromoleküle, die biologische Prozesse initiieren. Wenn sie durch entsprechende Hormone aktiviert werden, erkennen und binden sie biologisch aktive Moleküle, die eine katalytische und regulatorische Wechselwirkung eingegangen sind. Es gibt zwei Arten von Wirkstoffen, die mit Rezeptoren interagieren: Agonisten und Antagonisten. Agonisten lösen eine biologische Reaktion aus und Antagonisten blockieren sie. Einige Wirkstoffe können gleichzeitig an verschiedene Rezeptoren binden und daher an unterschiedlichen biologischen Prozessen beteiligt sein. Beispielsweise löst Histamin durch die Bindung an den H1-Rezeptor allergische Reaktionen aus und fördert durch die Aktivierung des H2-Rezeptors die Freisetzung von Magensaft. Überschüssiger Magensaft reizt die Magenwände und führt zu Geschwüren. Der Wirkstoff Cimetidin ist ein spezifischer H2-Rezeptor-Antagonist, der die Magensaftsekretion unterdrückt. Noradrenalin ist ein chemischer Wirkstoff des Nervensystems. Es steuert die Freisetzung von Adrenalin und bindet an vier Arten von Rezeptoren, die für verschiedene biologische Prozesse verantwortlich sind. Antagonistenverbindungen sind wirksam bei der Behandlung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Krebs, Störungen des zentralen Nervensystems und des endokrinen Systems.
In den 30er Jahren des 20. Jahrhunderts. Bestimmte organische Verbindungen haben sich bei Versuchstieren als krebserregend erwiesen. Heute geht man davon aus, dass eine Reihe natürlicher und synthetischer Verbindungen in der Umwelt zur Entstehung von Krebs beitragen können. Verschiedene chemische Karzinogene bilden kovalente Bindungen mit zellulären Makromolekülen (Proteine, RNA, DNA), was zu Krebs führt. In diesem Fall kommt es zu einer bösartigen Entartung der Zellen, die mit einer Veränderung der DNA-Struktur einhergeht. Es wurden mehr als hundert Gene entdeckt, deren Mutationen zur Umwandlung einer normalen Zelle in eine Tumorzelle beitragen – das sind Onkogene und Tumorsuppressorgene. Bisher sind organische Chemiker in der Lage, die Nukleotidsequenz in einem normalen Gen und Onkogen sowie die Aminosäuresequenz in den von diesen Genen kodierten Proteinen zu bestimmen, was einen sehr wichtigen Schritt bei der Entwicklung therapeutischer Behandlungen darstellt.
Ursprünglich wurden Krebserkrankungen mit Giften behandelt, die aus natürlichen Substanzen synthetisiert wurden. In jüngster Zeit wurden viele neue und klinisch wirksame Medikamente aus Mikroorganismen isoliert. Einige von ihnen interagieren mit der DNA der betroffenen Zellen und dringen in die helikalen DNA-Stränge ein. Häufig verwendete Antikrebsmittel, sogenannte Antimetaboliten, ähneln strukturell natürlich vorkommenden stoffwechselstörenden Verbindungen.
Viele entzündliche Erkrankungen werden durch eine Störung des Immunsystems verursacht. Das Immunsystem wirkt Erkrankungen des Organs entgegen
nismus und das Eindringen fremder Substanzen in ihn. Bisher wurden Enzyme und andere Proteine etabliert, die Fremdkörper fixieren und die Reaktion des Körpers koordinieren. Von weißen Blutkörperchen produzierte Plasmazellen scheiden Antikörper ins Blut aus, die krankheitserregende Fremdstoffe neutralisieren. Obwohl die chemische Natur von Antikörpermolekülen bekannt ist, müssen wirksame Behandlungen für die fortschreitende Krankheit, das erworbene Immunschwächesyndrom (AIDS), erst noch entwickelt werden.
Das Immunsystem dient der Biosynthese von Antikörpern (Antigenen) – Schutzproteinen zur Neutralisierung fremder Moleküle. Eine bestimmte Abfolge von Aminosäuren der Proteinkette bestimmt die Selektivität von Enzymen. Die Bildung enzymaktiver Zentren und deren Struktur werden maßgeblich durch die Wirkung des verabreichten Antikörpers bestimmt. Mehr als 100 katalytische Antikörper wurden erfolgreich für enzymatische Reaktionen eingesetzt. Experten gehen davon aus, dass katalytische Antikörper zu einer neuen Generation von Biokatalysatoren gehören.
Radionuklide und Schwermetalle stellen eine ernsthafte Gefahr für die menschliche Gesundheit dar. Sie sind in Betriebsabfällen, Emissionen in die Atmosphäre und Fahrzeugabgasen enthalten, verschmutzen Boden und Wasser, reichern sich in lebenden Zellen von Pflanzen und Tieren an und gelangen von dort mit der Nahrung in den menschlichen Körper (Abb. 7.15). Mit dem Blutkreislauf werden sie durch den Körper transportiert und üben eine schädliche Wirkung auf ihn aus. So verlangsamen Schwermetalle das Wachstum und die geistige Entwicklung von Kindern,
verursachen Erkrankungen des Nervensystems, der Nieren und der Leber. Radionuklide verursachen Schäden an der Erbsubstanz, verminderte Immunität und Krebs.
Nach dem Unfall im Kernkraftwerk Tschernobyl wurde die Suche nach Medikamenten, die den menschlichen Körper von radioaktiven Atomen reinigen, intensiviert. Die Aufgabe bestand darin, Medikamente zu entwickeln, die mit radioaktiven Isotopen starke Verbindungen bilden können, die dann leicht aus dem Körper ausgeschieden werden können. Eines dieser Arzneimittel wurde, wie aus der Quelle der Zeitschrift hervorgeht, in Alginaten gefunden – Produkten aus der Verarbeitung von Braunalgen, die das Meerwasser von Schwermetallen, überschüssigen Salzen und radioaktiven Isotopen reinigen. Das in unserem Land synthetisierte Medikament Algisorb ist in der Lage, den menschlichen Körper von radioaktiven Isotopen zu reinigen, ohne den Stoffwechsel zu stören, ohne allergische Reaktionen hervorzurufen und ohne die Vererbung zu beeinträchtigen.
7.11. LEBENSVERLÄNGERUNG DES ORGANISMUS
Allgemeine Informationen. Das Altern eines Organismus, einschließlich des menschlichen Körpers, wird meist als natürlicher und unvermeidlicher Prozess angesehen. Die durchschnittliche Lebenserwartung eines Menschen beträgt 55-85 Jahre, in entwickelten Ländern etwa 70. Ein Mensch kann 100 Jahre oder länger leben, und solche Fälle sind beispielsweise in den Dörfern des gebirgigen Kaukasus keine Seltenheit. Das bedeutet, dass das Potenzial für ein langfristiges Leben noch nicht ausgeschöpft ist. Das Problem der Verlängerung des Lebens des Organismus ist bis heute relevant und Gerontologen, Ärzte, Biochemiker, Psychologen und andere Wissenschaftler aus vielen Ländern beschäftigen sich mit seiner Lösung.
Es wird angenommen, dass der Alterungsprozess auf eine Verletzung enzymatischer Reaktionen zurückzuführen ist, die durch verschiedene Abweichungen im Hormonsystem des Körpers verursacht werden. Moderne medizinische Mittel ermöglichen es Ihnen, die Arbeit des Hormonsystems anzupassen und scheinbar das Problem der Lebensverlängerung erfolgreich zu lösen. Es stellte sich jedoch heraus, dass es nicht so einfach war.
Die ersten systematischen Experimente zur Identifizierung des Einflusses verschiedener
Faktoren zur Lebenserwartung wurden experimentell untersucht
Zophila und Daphnien. Es wurde festgestellt, dass der Inhalt von Pita begrenzt ist
Kalorien in einem hochwertigen und abwechslungsreichen Essen für lange Zeit
ihre Lebenserwartung erhöht sich um das 3- bis 3,5-fache. Mit genauer Dosierung
Kov in Lebensmitteln, der etwa 14 % ausmacht, verdoppelt die durchschnittliche Dauer
Lebensspanne von Ratten. Aminosäuren helfen, das Leben zu verlängern
(Cystin), einige Vitamine, anabole Steroide, essentiell
für die Synthese von Proteinen im Körper usw.
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Gezielte Experimente zum Einsatz verschiedener biochemischer Präparate helfen, die physikalisch-chemische und biologische Natur des Alterungsmechanismus des Körpers aufzudecken, Medikamente zu synthetisieren, die selektiv auf den Körper einwirken, d.h. Verlängerung der Lebensdauer einzelner Organe: Leber, Herz, Gehirn usw. Das wichtigste Ergebnis solcher Experimente wird die Synthese eines universellen Anti-Aging-Medikaments sein.
Entropische Natur des Alterns. Seit der Antike versuchen Wissenschaftler, den Mechanismus des Alterns aufzudecken und Wege zu finden, ihn zu verhindern. Bisher bleibt jedoch vieles ein Rätsel, obwohl erst vor kurzem etwas herausgefunden wurde.
Manchmal trifft man sehr ungewöhnliche Menschen. Sie können längere Zeit ohne Schlaf auskommen, sind keinen gefährlichen Viren usw. ausgesetzt. Es gibt jedoch keinen Menschen, der nicht dem Alter unterliegt. Jeder weiß, dass alle Lebewesen altern und schließlich sterben, d. h. verwandelt sich in eine andere Form von Materie. Sogar Objekte unbelebter Natur altern, verfallen und werden unbrauchbar: Gebäude, Brücken, Autos usw. Es mag überraschend erscheinen – das Metall altert auch. All dies deutet darauf hin, dass das Altern ein unvermeidlicher, irreversibler Prozess ist, der sowohl in der belebten als auch in der unbelebten Natur vorkommt.
Gemäß dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik ist jeder reale Prozess irreversibel und geht mit einer Entropiezunahme einher. Entropie ist ein Maß für Chaos und Unordnung. Das bedeutet, dass jeder echte natürliche Prozess, einschließlich des Alterns, zu einer Zunahme des Chaos führt. Durch die Alterung wird die geordnete, aufeinander abgestimmte Arbeit der Elemente eines lebenden Systems gestört. In diesem Sinne kann man von der entropischen Natur der Alterung lebender Naturobjekte sprechen.
Die Zerstörung geschieht von selbst, und die Entwicklungs- und Schöpfungsprozesse erfordern einen Energieaufwand. Um eine stabile Existenz einer geordneten Struktur zu schaffen und aufrechtzuerhalten, ist ein Energieeinfluss notwendig. Lebende Organismen gehören zu offenen thermodynamischen Systemen: Pflanzen absorbieren Sonnenenergie, wodurch organische Stoffe entstehen, bei deren Verbrauch sich tierische Organismen mit Energie versorgen. Gleichzeitig stehen lebende Objekte im thermodynamischen Gleichgewicht mit der Umgebung und sind somit eine Art Energiedissipationsquelle. Ab einem bestimmten Entwicklungsstadium führt die von einem offenen System absorbierte Energie zu dessen Selbstkomplikation und in manchen Fällen zu einer Verbesserung.
Durch die Bildung einer immer komplexeren Struktur und die Anhäufung von Informationen streben lebende Systeme danach, die irreversible Energieverschwendung zu verhindern und dadurch der Zunahme der Entropie nicht nur in ihrer Umgebung, sondern auch im gesamten Universum, d. h. dem Altern widerstehen. Eine solche Konfrontation kann als Einheit und Kampf gegeneinander dargestellt werden
Gegensätze, d.h. als Manifestation des dialektischen Naturgesetzes, das durch das genetische Programm vorgeschrieben, von einem lebenden Organismus immer wieder reproduziert und an die nächsten Generationen weitergegeben wird.
Alterungsmechanismus und Lebenserwartung. Die Aussage „alle Lebewesen unterliegen dem Alter“ ist etwas ungenau. Was passiert, wenn sich eine lebende Zelle oder ein lebendes Bakterium während der Fortpflanzung in zwei Hälften teilt? Gleichzeitig altert eine lebende Zelle nicht und stirbt nicht, sondern es entstehen andere Zellen, die sich wiederum teilen usw., d. h. Sie bleibt praktisch unsterblich. Die Frage der Alterung einzelliger Organismen und sich ständig teilender Zellen wie Geschlechts- oder Tumorzellen bleibt weiterhin offen. Am Ende des 19. Jahrhunderts. Der deutsche Zoologe August Weismann (1834-1914) schlug die Idee der Unsterblichkeit von Bakterien vor. Viele Wissenschaftler stimmen ihr heute zu, andere stellen sie in Frage. Gleichzeitig führen beide bestimmte Argumente an.
In vielzelligen Organismen kann sich ein erheblicher Teil der Zellen nicht ständig teilen – sie erfüllen andere Funktionen: Sie sorgen für Bewegung, Ernährung, Kontrolle verschiedener Prozesse usw. Die Natur löste die Widersprüche zwischen der funktionellen Spezialisierung von Zellen und ihrer Unsterblichkeit, indem sie Zellen in zwei Typen einteilte: somatische und sexuelle. somatische Zellen unterstützen die lebenswichtige Aktivität im Körper und die Geschlechtsteilung und sichern so den Fortbestand der Gattung. Somatische Zellen altern und sterben, während Geschlechtszellen praktisch ewig bleiben. Die Existenz riesiger und komplexer vielzelliger Organismen mit vielen somatischen Zellen zielt darauf ab, die Unsterblichkeit der Keimzellen aufrechtzuerhalten.
Was ist der Mechanismus der Alterung somatischer Zellen? Es wurde festgestellt, dass jeder von ihnen nicht mehr als 50 Mal geteilt werden kann. Die allmähliche Alterung des gesamten Organismus ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass seine Körperzellen die ihnen zugewiesene Anzahl von Teilungen erschöpfen, woraufhin die Zellen altern und sterben. Es gibt Fälle, in denen sich Körperzellen, die gegen diese Regel verstoßen, kontinuierlich teilen und ihre Kopien reproduzieren. Eine solche Spaltung führt jedoch zu nichts Gutem – schließlich entsteht auf diese Weise ein Tumor im Körper, der oft zum Tod des gesamten Organismus führt.
Bereits zu Beginn des 20. Jahrhunderts. Physiologen machten darauf aufmerksam, dass große Säugetiere länger leben als kleine. Beispielsweise lebt eine Maus 3,5 Jahre, ein Hund 20 Jahre, ein Elefant 70. Diese Abhängigkeit wurde durch unterschiedliche Stoffwechselraten erklärt. Der durchschnittliche Gesamtenergieverbrauch pro Körpermasseeinheit ist bei verschiedenen Säugetieren im Laufe des Lebens ungefähr gleich – 200 kcal/g. Jede Art kann nur eine bestimmte Menge Energie verbrauchen und stirbt, wenn sie erschöpft ist.
Stoffwechselrate und Gesamtsauerstoffverbrauch hängen davon ab
Sitzen Sie von der Größe des Tieres. Je höher die Stoffwechselrate,
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desto kürzer ist die Lebenserwartung. Ein niedriges Körpergewicht und ein hoher Stoffwechsel führen zu einer kurzen Lebenserwartung. Es gibt jedoch viele Ausnahmen von dieser einfachen Regel. Insbesondere sind die Gesamtenergiekosten pro Körpermasseeinheit des Menschen sehr hoch und die Lebenserwartung ist viermal länger, als es bei einem diesen Kosten entsprechenden Stoffwechsel der Fall sein sollte. Wie sich vor relativ kurzer Zeit herausstellte, liegt der Grund in einem wichtigen Faktor, der die Lebenserwartung bestimmt – dem Sauerstoffpartialdruck. Die Sauerstoffkonzentration in der Luft beträgt etwa 21 %. Seine spürbare Veränderung führt zum Tod lebender Organismen. Die Tatsache, dass Sauerstoffmangel schädlich für Lebewesen ist, ist vielen bekannt, aber nur wenige wissen um die Gefahren eines Sauerstoffüberschusses. Reiner Sauerstoff tötet Labortiere innerhalb weniger Tage, und bei einem Druck von 2-5 atm verkürzt sich dieser Zeitraum auf Stunden und Minuten.
Das Sauerstoffmolekül und das Produkt seiner vollständigen Reduktion – Wasser – sind an sich nicht toxisch. Allerdings geht die Sauerstoffreduktion mit der Bildung zellschädigender Produkte einher: Superoxidanionenradikale, Wasserstoffperoxid und Hydroxylradikale. Sie werden reaktive Sauerstoffspezies genannt. Für ihre Bildung werden etwa 5 % des vom Körper verbrauchten Sauerstoffs aufgewendet. Enzyme reduzieren die schädliche Wirkung aktiver Formen auf Zellen. Die Hauptrolle spielt das Enzym Superoxiddismutase, das Superoxid-Anionenradikale in harmloseres Wasserstoffperoxid und molekularen Sauerstoff umwandelt. Wasserstoffperoxid wird durch andere Enzyme zerstört – Katalase und Peroxidasen.
Auch die positive Rolle reaktiver Sauerstoffspezies ist bekannt – sie können den Körper vor Mikroben und sogar vor einigen Tumoren schützen. Dennoch führt ihr hoher Gehalt zur Zerstörung von Zellen. Die Ergebnisse neuerer Studien haben gezeigt, dass die Geschwindigkeit der Bildung reaktiver Sauerstoffspezies durch im Blut enthaltenes Kohlendioxid verlangsamt wird. Das bedeutet, dass Kohlendioxid auch für die lebenswichtige Aktivität des Körpers notwendig ist, was die Zerstörung von Zellen verhindert.
Die Aufklärung des Mechanismus der Neutralisierung reaktiver Sauerstoffspezies trug zum Verständnis einiger Probleme der Strahlenbiologie, Onkologie, Immunologie usw. bei. Die Theorie des Alterns durch freie Radikale war geboren, nach der altersbedingte Veränderungen in Zellen durch die Ansammlung von verursacht werden Schäden in ihnen durch freie Radikale – Fragmente von Molekülen mit ungepaarten Elektronen, die eine erhöhte chemische Aktivität aufweisen. Unter dem Einfluss von Strahlung, teilweise auch chemischer, können in Zellen freie Radikale entstehen 324
Reaktionen und Temperaturänderungen. Dennoch ist die Hauptquelle freier Radikale die Reduktion von Sauerstoffmolekülen.
Die Anhäufung altersbedingter Veränderungen in Zellen hängt vom Verhältnis zweier Prozesse ab: der Bildung freier Radikale und deren Neutralisierung mit Hilfe der Superoxiddismutase – dem „Anti-Aging-Enzym“. Die Anzahl der in der Zelle erzeugten freien Radikale nimmt wahrscheinlich mit zunehmendem Sauerstoffverbrauch oder erhöhter Stoffwechselrate zu. Es wird angenommen, dass die Lebensdauer von Tieren und Menschen vom Verhältnis der Superoxiddismutase-Aktivität zur Stoffwechselrate abhängt. Eine hohe Aktivität des „Anti-Aging-Enzyms“ schützt Menschen und einige Tiere mit intensivem Stoffwechsel vor vorzeitiger Alterung.
Suchen Mittel gegen das Altern. Ein neues Verständnis des Mechanismus des Alterns ermöglicht es, einige Fakten zu erklären, die Gerontologen – Wissenschaftlern, die die Probleme des Alterns in lebenden Organismen untersuchen – gut bekannt sind. Warum leben beispielsweise Tiere, die mit einer kalorienarmen, aber ausgewogenen Ernährung gefüttert werden, länger als solche, die reichlich gefüttert werden? Die Antwort ist einfach: Denn eine eingeschränkte Ernährung verringert die Intensität des Stoffwechsels und verlangsamt dementsprechend die Anhäufung von Schäden in den Zellen. Die längere Lebenserwartung von Frauen (durchschnittlich 10 Jahre) geht mit einer geringeren Stoffwechselrate einher. Das Phänomen der Langlebigkeit in Berggebieten erklärt sich auch durch die geringere Stoffwechselrate von Menschen, die unter Bedingungen mit reduziertem Sauerstoffgehalt leben.
Den Zellen innerhalb eines menschlichen Körpers wird ein unterschiedlicher Zeitraum zugewiesen: Je mehr Antioxidantien in den Zellen vorhanden sind, desto geringer ist der Grad ihrer Schädigung durch reaktive Sauerstoffspezies, desto länger leben sie. Daher leben einige Blutzellen mehrere Stunden, andere mehrere Jahre. Beobachtungen haben gezeigt, dass die Veränderungen im Körper während der natürlichen Alterung und der Strahlenbelastung ähnlich sind. Es stellte sich heraus, dass Wasser unter Einwirkung von Strahlung unter Bildung reaktiver Sauerstoffspezies zerfällt, die Zellen schädigen.
Die Ergebnisse neuerer Forschungen haben es ermöglicht, eine Strategie zur Suche nach Anti-Aging-Medikamenten zu entwickeln. So war es möglich, die Lebensdauer von Labortieren um das Eineinhalbfache zu verlängern, indem starke Antioxidantien in ihre Ernährung aufgenommen wurden. Die Einführung von Antioxidantien wie Superoxiddismutase schützt sie vor der toxischen Wirkung von Sauerstoff und verlängert ihre Lebensdauer. Dies weckt die Hoffnung, dass Antioxidantien als wirksames Anti-Aging-Mittel beim Menschen eingesetzt werden können. Es wurde festgestellt, dass eines der vielen Antioxidantien, die in Lebensmitteln vorkommen und mit denen es möglich ist, die Wirkung zu steigern
Um den Körper vor Alterung und Krankheiten zu schützen, sind vor allem die Vitamine A, C, E und das Spurenelement Selen wichtig.
Im modernen Sinne ist der Alterungsprozess genetisch programmiert, daher muss das Problem der Verlängerung des Lebens eines Organismus mit modernen Mitteln der Molekularbiologie und Gentechnologie gelöst werden. Man geht davon aus, dass die Alterung auf polyfunktionelle Verbindungen in Form von Stoffwechselprodukten wie Äpfel-, Bernstein- und Fumarsäure sowie auf Radikale zurückzuführen ist. Zwischen den beiden Molekülen dieser Stoffe entstehen Brückenbindungen, die zur Ansammlung defekter Proteine und Funktionsstörungen der Zellen und in der Folge zur Alterung des Körpers führen. In somatischen Zellen kommt es bei DNA-Reparatur-(Reparatur-)Enzymen weitaus häufiger zu Abweichungen von der normalen Funktion als in Keimzellen, so dass vor allem Neuronen, Leberzellen, Herzmuskeln usw. einer Alterung ausgesetzt sind.
Je mehr Abweichungen in der Arbeit der Zellen und der sie verursachenden Faktoren auftreten, desto schneller verläuft der Alterungsprozess. Es ist bekannt, dass freie Radikale zu erheblichen Abweichungen in der Arbeit von Reparaturenzymen führen. Daher ist die Entwicklung von Inhibitoren freier Radikale eine der wichtigsten Richtungen zur Lösung des Problems der Verlängerung des Lebens eines Organismus. Dennoch besteht die wirksamste Möglichkeit, dem Altern vorzubeugen, darin, das im Genom des Körpers verankerte Programm zu korrigieren.
Die altersbedingte Schwächung des Körpers ist auf die Verschlechterung der Leistungsfähigkeit seiner Zellen zurückzuführen. Warum nimmt die Zellaktivität mit zunehmendem Alter ab? Studien haben gezeigt, dass Telomere, spezielle chromosomale Strukturen an den Enden der Zellchromosomen, mit jeder Zellteilung abnehmen. Dieser Rückgang der Telomere führt zur Zellalterung. Ein 1997 in den USA und Kanada durchgeführtes Experiment zur künstlichen Verlängerung von Telomeren in Zellen in vitro ergab ein erstaunliches Ergebnis: Die Zellen erlangten die Fähigkeit, sich viele Male zu teilen und behielten dabei ihre normalen Eigenschaften vollständig bei. Es ist sehr wichtig, dass die Zellen, nachdem sie potenzielle Unsterblichkeit erlangt haben, nicht krebsartig werden und keine Tumoren verursachen. In den letzten Jahren wurde ein zelluläres Enzym entdeckt – Telomerase, trägt zum Aufbau der Chromosomenenden – der Telomere – bei, die sich bei der Geburt von Zellgenerationen zwangsläufig verkürzen. Es gibt Berichte, dass sich Chromosomen-Telomere im menschlichen Körper ohne die Beteiligung von Telomerase verlängern können.
Experten zufolge leben derzeit etwa 100.000 Menschen über hundert Jahre auf der Erde. Es werden gezielte Experimente durchgeführt, verschiedene Meinungen und Hypothesen diskutiert – all dies lässt optimistisch sagen: Wenn nicht die aktuelle, dann wird die kommende Generation die Früchte sorgfältiger und komplexer Experimente nutzen, die das Leben eines Menschen erweitern Lebensdauer auf 100, 200 Jahre und mehr. 326
7.12. BILDUNG DER NOOSPHÄRE
Das Aufkommen wissenschaftlichen Denkens in der Biosphäre wird diese unweigerlich völlig verändern. In Kombination mit der menschlichen Arbeitstätigkeit wird das Denken zu einer bisher unbekannten geologischen Kraft, die zusammen mit der Biosphäre die gesamte Oberflächenschicht der Erde umwandeln kann. Der Träger des irdischen Geistes – der Mensch – beeinflusst mit zunehmender Geschwindigkeit die Biosphäre, indem er aktiv den gesamten Raum einnimmt, den sie einnimmt, und verändert das Erscheinungsbild der Erdoberfläche. Laut dem Akademiker V. I. Vernadsky ist die Transformation der Biosphäre unvermeidlich und irreversibel. Diesen Standpunkt vertrat er Anfang der 1930er Jahre. und wurde von der wissenschaftlichen Gemeinschaft jener Jahre mit Skepsis aufgenommen. Der Wissenschaftler nannte die transformierte Biosphäre Noosphäre. Unter der Noosphäre verstand er nicht die über der Biosphäre isolierte „Denkschicht“, sondern deren qualitativ neuen Zustand. Es sind auch frühere Übergänge der Biosphäre in ähnliche Zustände bekannt, die mit ihrer fast vollständigen Umstrukturierung einhergingen. Aber der moderne Übergang ist etwas Besonderes, mit nichts Vergleichbarem.
Seine Analyse des Transformationsprozesses der Biosphäre in die Noosphäre V.I. Wernadskij endete mit den folgenden Verallgemeinerungen.
Der Verlauf der wissenschaftlichen Kreativität ist die Kraft, durch die
Der Mensch verändert die Biosphäre. Veränderungen in der Biosphäre nach dem Erscheinen des Menschen darin
Loveka ist ein unvermeidliches Phänomen, das das Wachstum des wissenschaftlichen Denkens begleitet.
Die Veränderung der Biosphäre hängt nicht vom menschlichen Willen ab, sondern davon
hiino, als natürlicher natürlicher Prozess.
Die wissenschaftliche Arbeit der Menschheit ist ein natürlicher Prozess, der von begleitet wird
gegeben durch den Übergang der Biosphäre in einen neuen, geordneteren Zustand
nie – die Noosphäre.
Ein solcher Übergang drückt ein „Naturgesetz“ aus. Daher erschienen
Die Ausbreitung der Gattung Homo (Mensch) in der Biosphäre ist der Beginn einer neuen Ära in der Geschichte
Planeten.
Der Mensch kann als eine bestimmte Funktion der Bio betrachtet werden
Sphären, in seiner bestimmten Raumzeit. In all seinen Erscheinungsformen
Der Mensch stellt einen bestimmten natürlichen Teil der Biosphäre dar.
Die Explosion des wissenschaftlichen Denkens im 20. Jahrhundert wurde von der gesamten Vergangenheit vorbereitet
Biosphäre und hat die tiefsten Wurzeln in seiner Struktur. Er kann nicht aufhören
drehen und zurückgehen. Die Biosphäre wird früher oder später unweigerlich vergehen
in die Noosphäre. Und in der Geschichte der Völker, die den Planeten bewohnen, wird es einen Bedarf geben
nye für dieses Ereignis und nicht für Ereignisse, die dem widersprechen.
Was lässt sich aus Sicht des modernen Entwicklungskonzepts über den Übergang der Biosphäre in die Noosphäre sagen? Erstens ist der Transformationsprozess der Biosphäre eine objektive Realität. Wir alle, die auf der Erde leben, sind Zeugen und in gewissem Maße Teilnehmer dieses Übergangs.
laufenden Prozess, auch wenn wir uns der Natur des Geschehens nicht bewusst sind. Der Transformationsprozess der Biosphäre hat nicht gestern begonnen und wird morgen nicht enden. Auf der menschlichen Zeitskala erstreckt sich die Transformation über mehrere Generationen, in der geologischen Dimension erfolgt sie jedoch augenblicklich und sollte als Sprung in der Entwicklung der Biosphäre betrachtet werden. Zweitens ist die Grundlage moderner Vorstellungen zu diesem Prozess die von V.I. Wernadskijs Konzept der Entstehung der Noosphäre.
Kontrollfragen
Die Geschichte der Entwicklung künstlicher Lebenserhaltungsorgane reicht mehrere Jahrzehnte zurück.
1925
- das Jahr, ab dem die Geschichte künstlicher Lebenserhaltungssysteme gezählt werden kann: S. Bryukhonenko und S. Chechulin (UdSSR) entwerfen das erste stationäre Gerät, das das Herz ersetzen kann. Im darauffolgenden Jahr wurde der Öffentlichkeit gezeigt, dass der Kopf eines Hundes, abgetrennt von seinem Körper, aber verbunden mit einer Spenderlunge und einer neuen Maschine, mehrere Stunden lang lebensfähig bleiben, bei Bewusstsein bleiben und sogar fressen konnte (Abb. rechts).
1936
. S. Bryukhonenko (UdSSR) entwickelt den weltweit ersten Oxygenator, der die Lungenfunktion ersetzen kann. Von diesem Zeitpunkt an ist es theoretisch möglich, einen vollständigen Lebenserhaltungszyklus für abgetrennte Tierköpfe bis zu mehreren Tagen aufrechtzuerhalten (bis eine Hämodialyse erforderlich ist), in der Praxis ist dies jedoch nicht möglich. Viele Gerätemängel werden aufgedeckt: die Zerstörung roter Blutkörperchen, die Füllung des Blutes mit Blasen, Blutgerinnsel, ein hohes Infektionsrisiko. Aus diesem Grund verzögert sich die erstmalige Anwendung ähnlicher Geräte am Menschen um weitere 17 Jahre.
1937
. V. Demikhov (UdSSR) stellt das erste experimentelle Muster eines kleinen implantierbaren Herzens her und testet es an einem Hund. Aufgrund der geringen technischen Eigenschaften des neuen Geräts kann es jedoch nur anderthalb Stunden lang ununterbrochen verwendet werden, wonach der Hund stirbt.
1943
. W. Kolff (Niederlande) entwickelt das erste Hämodialysegerät – eine künstliche Niere. Ein Jahr später setzt er das Gerät bereits in der medizinischen Praxis ein und unterstützt 11 Stunden lang das Leben eines Patienten mit schwerem Nierenversagen.
1953
. J. Gibbon (USA) setzt erstmals erfolgreich künstliche stationäre Herzen und Lungen (in der englischsprachigen Literatur „Cardiopulmonary Bypass“ genannt) bei einer Operation am menschlichen Herzen ein. Seitdem sind stationäre Herz-Lungen-Maschinen aus der Herzchirurgie nicht mehr wegzudenken.
1963
. R. White (USA) erhält die Lebensfähigkeit eines einzelnen Affenhirns etwa 3 Tage lang aufrecht. Obwohl dieses Experiment eine herausragende Leistung darstellt, offenbart es gleichzeitig eine Reihe von Problemen. Erstens setzt es das Problem der sensorischen Deprivation in die Praxis um: Ohne Verbindung zu künstlichen Sinnesorganen und motorischen Geräten ist das Gehirn tatsächlich ein Ding für sich. Es erweist sich als problematisch, überhaupt seine Lebensfähigkeit festzustellen, ganz zu schweigen vom Bewusstsein. Zweitens lösen dieses und einige andere Experimente statt der erwarteten Unterstützung eine Protestwelle von Tierschützern aus, was dem Forscher ein negatives Image beschert. Drittens zeigt die Drei-Tage-Aufzeichnung deutlich, dass die Entwicklung des Instruments recht niedrig ist. Im Allgemeinen weisen Herz-Lungen-Maschinen der 1960er Jahre konzeptionell etwa die gleichen Mängel auf wie die ersten Geräte der 1920er und 1930er Jahre.
1969 . D. Liotta und D. Cooley (USA) testen erstmals ein implantierbares Kunstherz im menschlichen Körper. Das Herz hält den Patienten 64 Stunden lang am Leben, während er auf eine menschliche Transplantation wartet. Doch kurz nach der Transplantation stirbt der Patient (an Faktoren, die offenbar nichts mit der vorherigen Operation des Geräts zu tun haben).
1970-1990 Jahre. Die technischen Eigenschaften der aufgeführten Geräte nehmen sukzessive zu. Insbesondere wird die Lebenszeit von Nierendialysepatienten nahezu unbegrenzt (obwohl dies weiterhin mit großen Unannehmlichkeiten und Risiken verbunden ist). Beeindruckend ist auch die Verlängerung der Lebenszeit von Menschen und Versuchstieren mit künstlichen Herzen (siehe die aus den Materialien der oben genannten Quellen zusammengestellte Grafik sowie den Artikel von 1961). Einer der führenden Entwickler des implantierbaren Herzens ist der bereits erwähnte V. Kolff (in der Mitte der Abbildung rechts). Es erscheinen Membranoxygenatoren, die eine Reihe von Problemen mit dem Gerät S. Bryukhonenko beseitigen. Gleichzeitig wurden Experimente zur Sicherung des Lebens isolierter Gehirne und Tierköpfe in dieser Zeit praktisch eingeschränkt.
200 7 . Für die Lebenserwartung eines Patienten mit vollständig künstlicher (aber stationärer) Lunge wurde ein Rekord aufgestellt: .
2008 . Zum ersten Mal in der Geschichte unterstützen Ärzte das Leben des Patienten bei gleichzeitiger künstlicher Wiederherstellung der Herz- und Lungenfunktion für 16 Tage (in Erwartung eines Spenderherzens). Im selben Jahr kündigen Wissenschaftler der University of California die Markteinführung der weltweit ersten tragbaren künstlichen Niere an. Zusätzlich zu diesen Ergebnissen gibt es im Jahr 2008 bedeutende Fortschritte bei der Entwicklung anderer künstlicher Organe und Körperteile. Deshalb hat das Unternehmen Touch Bionics eine revolutionäre, äußerst realistische Handprothese entwickelt. Im selben Jahr kommt es zu einem noch nie dagewesenen Vorfall: Ossurs Beinprothesensportler Oscar Pistorius wird wegen seiner „unfairen“ Laufleistung von den Olympischen Spielen ausgeschlossen.
2010 . Die erste implantierbare bionische Niere wurde an der University of California entwickelt, wurde jedoch noch nicht in die Massenproduktion gebracht (unteres Bild im Beitrag)
Zusammenfassung der Lektion zu den Grundlagen der Lebenssicherheit. Klasse 9
Zusammengestellt von der Lehrerin der OBZh der MAOU „Secondary School of Vitim“ Mikhailova E.O.
Thema: Lebenserhaltung des Menschen. Notwendige Ausrüstung und Eigentum.Lernziele: Aktualisieren Sie Ihr Wissen über die Bedeutung der menschlichen Lebenserhaltung unter natürlichen Bedingungen. Erfahren Sie, wie Sie bei der Vorbereitung einer Wanderung die richtige Ausrüstung auswählen.Lernziele: Lehrreich. Den Schülern die Arten der Ausrüstung und des Eigentums eines Touristen vorstellen.Lehrreich . Entwickeln Sie die Fähigkeit, die erforderliche Ausrüstung korrekt zu vervollständigen und zu verstauenLehrreich. Kultivieren Sie Gelassenheit und Verantwortung.Unterrichtsart: kombiniert Ausrüstung: 1. Lehrbuch „Grundlagen der Lebenssicherheit“, Autoren M.P. Frolov, E. N. Litwinow, A. T. Smirnow2. Projektor, Präsentation zum Thema der Lektion3. Arbeitsbuch4. Rucksack mit einer Reihe von Dingen zum Stylen (2 Sätze) 5. Stoppuhr 6. Karten mit dem Bild einer touristischen Ausrüstung7. Hinweise „Persönliche Ausrüstung des Touristen“Unterrichtsplan:An der Tafel: Tag, Monat.Das Thema der Lektion ist „Lebenserhaltung des Menschen. Notwendige Ausrüstung und Eigentum.Während des Unterrichts: ICH.Zeit organisieren Die Glocke ruft uns morgensDer Unterricht beginnt.Und wir machen weiterSammle Dinge in ……………. (Wanderung).Mit den Jungs der Oberstufen gingen wir mehrmals wandern. Und jetzt zeige ich Ihnen einige Fotos von diesen Reisen. (Folien 2-11) . Und damit eine mehrtägige Reise stattfinden kann und sich der Tourist wohl und geschützt fühlt, muss er seine Ausrüstung richtig einpacken. Daraus bestimme ich den Zweck unseres Unterrichts: sich mit den Arten und Methoden der menschlichen Lebenserhaltung unter Feldbedingungen vertraut zu machen
II. Erläuterung des neuen Materials.
- Einführung in das Thema der Lektion.
- Illustrierte Lehrergeschichte.
5) Bettwäsche(Folie 17). Der Schlafsack gehört zunächst einmal zum Schlafzubehör. Es sollte etwas länger sein als sein Besitzer. Jeder Schlafsack wird in einer wasserdichten Hülle getragen. Um den Körper von der Bodenkälte zu isolieren, wird unter den Schlafsack eine Bettmatte, meist aus synthetischen Materialien, gelegt. Darauf können Sie am Feuer sitzen und sich vor dem Regen schützen.6) Wearables(Folie 18) . Es ist sehr wichtig, auf Kleidung und Schuhe zu achten. Die Kleidung sollte leicht und bequem sein, die Bewegungsfreiheit nicht einschränken, aber gleichzeitig eng anliegen, damit die Mücke nicht durchsticht. Canvas-Kleidung wird nass, trocknet aber gut. Bei Regen ist ein Regenmantel mit Kapuze erforderlich. Für eine kühle Zeit benötigen Sie warme Wollkleidung: einen Pullover, Leggings, eine Strickmütze. In der warmen Jahreszeit – Badeaccessoires. Achten Sie auf eine leichte, vor der Sonne schützende Kopfbedeckung mit Visier. An den Füßen werden zwei Paar Socken angezogen – Wolle und Baumwolle, in beliebiger Reihenfolge. Die besten Schuhe(Folie 19) sind abgenutzte Stiefel mit niedrigem Absatz, vorzugsweise mit gerillter Sohle. Normalerweise werden sie 1-2 Nummern größer genommen. Damit Sie eine Filzeinlage einlegen und eine dicke Socke anziehen können. Empfehlenswert sind auch leichte, ausziehbare Schuhe, in denen sie im Biwak laufen und den Beinen Ruhe gönnen. 7) Medikamente (Folie 20) persönlich notwendig.
Gruppenausrüstung wird von allen vorbereitet und durch den für die Hauswirtschaft zuständigen Stellvertreter gleichmäßig an alle Teilnehmer der Aktion verteilt.
- Zelte (Folie 21)
zum Preis von 1-2 pro Person + einem Lager. Obwohl die Zelte aus wasserdichtem Stoff bestehen, sollten sie mit speziellen Markisen oder Plastikplanen vor Regen geschützt werden. Äxte, Sägen, Schaufeln(Folie 22)
(1 pro Gruppe von 4-6 Personen), die an der Spitze Deckel mit dichter Dichtung haben sollten Lagerfeuerzubehör(Folie 23)
- klappbare Tagankas, Stative, zusammenklappbare Feuerstellen, Haken und Ketten zum Aufhängen von Geschirr und zum Einstellen der Höhe über dem Feuer. Außerdem werden Handschuhe benötigt, ohne die das Arbeiten am Feuer nicht möglich ist, ein Rührstab mit langem Griff. In die Küche(Folie 24)
Dazu gehören Bowler (mindestens drei), Messer, Schöpfkellen, Schneidebretter, Streichhölzer in wasserdichter Verpackung, Wachstuch für den Tisch. Im speziellen Reparaturset(Folie 25)
Dazu gehören (Nadeln, Faden, Kleber, Draht, Sicherheitsnadeln ... also alles, was Sie unterwegs für Reparaturen benötigen. Was würden Sie dieser Liste hinzufügen? Zur Gruppenausrüstung gehört ein Erste-Hilfe-Kasten.(Folie 26)
,
mit einer Reihe notwendiger Medikamente und Verbände. Der Erste-Hilfe-Kasten befindet sich an der Spitze der Gruppe. (Folie 27)
Auf Kompass, Karte und andere wichtige Utensilien kann eine Gruppe nicht verzichten
- Rucksack-Praxis.
- In einem richtig verstauten Rucksack werden schwere Gegenstände unten platziert, mit einem Versatz von der Mitte nach hinten, zerbrechliche Gegenstände, die mit etwas Weichem ausgekleidet sind, werden oben platziert. Wichtige Gegenstände (Reparaturset) in Rucksacktaschen für schnellen und einfachen Zugriff(Lehrer zeigt)
Es ist darauf zu achten, dass die Gegenstände im Rucksack nach dem Sturz des Touristen nicht beschädigt oder beschädigt werden. Gepackte Sachen dürfen nicht klappern, sich im Rucksack bewegen.(Lehrer zeigt)
Es ist nicht ratsam, verschiedene Gegenstände an der Rückseite des Rucksacks aufzuhängen (dies verschlechtert den Schwerpunkt und haftet an Ästen). Legen Sie scharfe, stechende Gegenstände in Abdeckungen oder überdecken Sie sie mit Kleidungsstücken. Der Rucksack sollte so gelegt werden, dass er eng am Rücken anliegt, nicht durchhängt, nicht nach hinten hängt, keinen Druck auf die Schultern ausübt, einen niedrigen Schwerpunkt hat und das Gehen nicht behindert.(Folie 30)
- Verifizierungsphase.
Bevölkerungswachstum und Ernährungssicherheit
Eine der wichtigsten Komponenten der Lebenserhaltung ist die Produktion und der Konsum von Nahrungsmitteln. Die Geschichte der Entwicklung der Nahrungsmittelproduktion ist mit der Entstehung der Landwirtschaft verbunden, deren erste Anzeichen vor etwa 12.000 Jahren auftraten. Zu dieser Zeit betrug die Weltbevölkerung etwa 15 Millionen Menschen. Zu Beginn der neuen Chronologie gab es etwa 250 Millionen Menschen. Bis 1650 hatte sich die Bevölkerung verdoppelt und erreichte 500 Millionen. Die nächste Verdoppelung (Anstieg auf 1 Milliarde) erfolgte etwa 200 Jahre später (bis 1850). Im Jahr 1999 betrug die Weltbevölkerung 6 Milliarden. Bei einem Bevölkerungswachstum von 2 % pro Jahr werden es bis 2020 etwa 10 Milliarden sein. Das jährliche Bevölkerungswachstum auf der Welt ist rückläufig, obwohl es beispielsweise in Afrika zunimmt bedeutend.
Im Jahr 1983 Etwa 20 Millionen Menschen starben an Hunger – fast 0,5 % der Weltbevölkerung, und etwa 500 Millionen weitere litten schwer an Unterernährung. Schätzungen zufolge wird die Zahl der Menschen, die am Rande des Hungers stehen, bis zum Ende des Jahrhunderts 650 Millionen erreichen, was bedeutet, dass die Ernährung der Bevölkerung das wichtigste Problem der modernen Menschheit ist. Es betrifft nicht nur diejenigen, die hungrig und unterernährt sind und am wenigsten in der Lage sind, das Problem zu lösen, sondern größtenteils auch diejenigen, die auf der Grundlage der Errungenschaften der Naturwissenschaften und vor allem der Biochemie rationale Wege zur Lösung dieses Problems anbieten können. Mikrobiologie und andere Wissenschaften. Diese Wissenschaften können erstens zur Steigerung der Nahrungsmittelproduktion beitragen und zweitens ein sicheres Mittel zur individuellen Empfängnisverhütung bieten.
Es besteht kein Zweifel, dass die Produktion von Nahrungsmitteln allein durch die Erschließung neuer Gebiete nicht wesentlich gesteigert werden kann. In den meisten Ländern sind alle für die Landwirtschaft geeigneten Flächen bereits bewirtschaftet. In dicht besiedelten Entwicklungsländern erfordert die Ausweitung der Ackerflächen große Investitionen und ist mit einem Ungleichgewicht im Ökosystem verbunden. Daher kann eine echte Steigerung der weltweiten Nahrungsressourcen vor allem durch die Verbesserung der Produktionstechnologie und der Qualität der Lebensmittellagerung, die Erhaltung der Nährstoffe im Boden, die Wasserversorgung bewässerter Flächen und die Steigerung der Effizienz der Nutzung von Solarenergie in der Natur erreicht werden Photosynthese usw. Moderne Errungenschaften der Naturwissenschaften und vor allem der Agrochemie und Biochemie ermöglichen es, auf molekularer Ebene komplexe biochemische Prozesse zu steuern, die unter Beteiligung von mineralischen und organischen Düngemitteln, Wachstumshormonen, Pheromonen, Ernährungs-, Schutz- und andere Stoffe, deren Einführung in die Landwirtschaft zur Steigerung der Produktivität beiträgt. Gleichzeitig darf kein Mittel – ob chemisch oder biologisch – zu einer Verletzung des natürlichen Gleichgewichts und einer Umweltverschmutzung führen.
Steigerung der Bodenfruchtbarkeit
Seit der Zeit eines der Begründer der Agrarchemie, des deutschen Chemikers Justus Liebig (1803-1873), ist bekannt, dass für das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen anorganische Stoffe benötigt werden: Stickstoff, Phosphor, Kalium und Kalzium. Diese Stoffe – Mineraldünger – sind nicht austauschbar, sie können nicht durch andere Stoffe ersetzt werden. Seit dem Ende des letzten Jahrhunderts hat sich die Produktion von Kali- und Phosphatdüngern relativ schnell entwickelt und verbessert. Im Jahr 1975 wurden beispielsweise etwa 24 Millionen Tonnen Kalidünger (K2O) produziert. Bis zum Ende des Jahrtausends soll sich ihre Produktion verdoppeln. Pro Hektar Ackerland werden durchschnittlich etwa 100 kg Kalidünger ausgebracht.
Phosphor ist im Boden in ausreichender Menge enthalten: In einer 40 cm dicken Ackerlandschicht auf einer Fläche von 1 ha sind etwa 20 Tonnen Phosphorsubstanz P2O5 verteilt. Allerdings gelangt es nur sehr langsam zu den Pflanzen, weshalb viele Bodenarten mit Phosphor gedüngt werden müssen. Im Jahr 1975 wurden weltweit etwa 30 Millionen Tonnen davon produziert.
Seit Ende des letzten Jahrhunderts war in Gebieten mit intensiver Landwirtschaft ein Mangel an Stickstoff im Boden zu spüren. Die Herstellung von Stickstoffdüngern umfasst die Synthese von Ammoniak NH3 und basiert auf der Fixierung von Luftstickstoff. 1917 wurde der erste Ammoniaktank hergestellt. Im Jahr 1975 betrug die weltweite Produktion von Stickstoffdüngern über 45 Millionen Tonnen. Es wird erwartet, dass sie bis zum Jahr 2000 auf 100 Millionen Tonnen ansteigt. Kartoffeln pro 90 kg, Futtergräser - pro 100 kg. Das Verhältnis der Produktionskosten zum erzielten Gewinn liegt bei der Einführung chemischer Mineraldünger je nach Kultur zwischen 1:3 und 1:10.
Seit etwa der Mitte unseres Jahrhunderts sind Mikroelemente – Bor, Kupfer, Mangan, Molybdän, Zink – in den Blick der Agrochemiker gerückt. Der Bedarf an ihnen beträgt nur wenige hundert Gramm pro Hektar, ihr Fehlen führt jedoch zu einer erheblichen Ertragsminderung. Seit 1970 ist die Produktion komplexer Düngemittel etabliert, die alle für Pflanzen notwendigen Mikroelemente enthalten. Normalerweise werden sie auf Basis von Ammoniumsulfat hergestellt.
Bis vor Kurzem ließen sie sich bei der Ausbringung von Düngemitteln hauptsächlich von einem empirischen Ansatz leiten, der nicht immer effektiv und rational war. In jüngster Zeit wird schrittweise ein naturwissenschaftlicher Ansatz eingeführt: Die auf den Boden ausgebrachten Düngemitteldosen und der Zeitpunkt ihrer Anwendung werden auf der Grundlage der biochemischen Analyse des Bodens und unter Berücksichtigung der Besonderheiten der Kulturpflanze, des Wetters und des Klimas berechnet Bedingungen usw. Gute Ergebnisse wurden beim Anbau von Pflanzen unter Gewächshausbedingungen auf Hydrokulturen mit automatischer Zufuhr flüssiger Nährstoffmischungen, deren Dosierung und Temperaturkontrolle erzielt. Unter solchen künstlichen Bedingungen werden beispielsweise mindestens sechs Tomatenkulturen pro Jahr geerntet, und ihr Ertrag beträgt etwa 400 kg Gemüse pro 1 m2.
In letzter Zeit wird immer mehr von einer Einschränkung des Einsatzes chemischer Düngemittel gesprochen, was mit einer gesundheitsgefährdenden Verschlechterung der Qualität der angebauten Produkte verbunden ist. Bisher konnte jedoch niemand die negativen Auswirkungen von Nahrungsmitteln, die unter Verwendung von Düngemitteln angebaut wurden, auf die menschliche Gesundheit nachweisen. Im Gegenteil: Die optimale Düngermenge ist die Grundlage für den Anbau hochwertiger landwirtschaftlicher Produkte. Gleichzeitig besteht die Gefahr einer unerwünschten Anreicherung anorganischer Stoffe in den Gewässern durch das Auswaschen überschüssiger Düngemittelmengen aus dem Boden. Eine solche Verschmutzung der Wasserressourcen kann minimiert werden, indem die optimale Menge an Düngemitteln zum Zeitpunkt ihres maximalen Verbrauchs durch Pflanzen ausgebracht und die Wetterbedingungen berücksichtigt werden.
Heute ernährt sich mehr als ein Drittel der Weltbevölkerung durch den Anbau von Nutzpflanzen unter Einsatz von Mineraldüngern. Allerdings ist die Produktion von Düngemitteln in verschiedenen Ländern aufgrund des unterschiedlichen Industrialisierungsgrads sehr unterschiedlich. Fast 80-90 % aller Mineraldünger werden in Europa, Japan und Nordamerika verbraucht.
Stickstoff-Fixierung
Das Hauptprodukt für stickstoffhaltige Düngemittel ist Ammoniak NH3, das aus Luftstickstoff und Wasserstoff bei einer Temperatur von 500 °C und einem Druck von 300 atm in Gegenwart eines Eisenkatalysators in Kombination mit einem Alkalimetall synthetisiert wird. Ein solcher Prozess erfordert viel Energie sowie komplexe Steuerungs- und Verwaltungsgeräte. Jährlich werden mehr als 60 Millionen Tonnen Ammoniak synthetisiert, was natürlich mit enormen Kapitalinvestitionen verbunden ist. Daher wird intensiv nach effektiveren Möglichkeiten gesucht, den Boden mit Stickstoff anzureichern.
Während des Wachstums nehmen viele Pflanzen Stickstoff hauptsächlich aus dem Boden auf. Die jahrhundertealte Praxis der Fruchtfolge trägt in gewissem Maße zur Auffüllung des Bodens mit Stickstoff bei. Es scheint, dass es etwas zugänglicheres als Stickstoff geben könnte: Der Hauptbestandteil der Luft ist Stickstoff. Wie bereits erwähnt, wird Luftstickstoff jedoch nur sehr schwer zu einem nützlichen und notwendigen Produkt.
Dennoch sind einige Pflanzen in der Lage, den elementaren Stickstoff der Luft in die von ihnen benötigten Verbindungen umzuwandeln. Was ist der Mechanismus einer solchen Transformation? Langzeitbeobachtungen haben gezeigt, dass an diesem Prozess Bakterien und Algen beteiligt sind, die in der Lage sind, Luftstickstoff zu Ammoniak zu reduzieren. Es findet ein wichtiger natürlicher Prozess statt Stickstoff-Fixierung. Der fixierte Stickstoff wird dann von Pflanzen in Aminosäuren, Proteine und andere organische stickstoffhaltige Verbindungen umgewandelt. Pflanzen aus der Familie der Hülsenfrüchte wie Sojabohnen, Klee und Luzerne binden Stickstoff mit an ihren Wurzeln lebenden Knöllchenbakterien. Etwa 170 Nicht-Hülsenfruchtarten sind in der Lage, Stickstoff zu binden. Einige frei lebende Bakterien und Blaualgen können natürliche Stickstofffixierer sein.
Als Ergebnis biochemischer Untersuchungen wurde festgestellt, dass ein Enzym namens Nitrogenase, das aus zwei Proteinen besteht, an der Stickstofffixierung beteiligt ist. Das Molekulargewicht eines von ihnen (Dinitrogenase) beträgt etwa 220.000. Es enthält zwei Molybdänatome und jeweils 32 Eisen- und reaktive Schwefelatome. Das zweite Protein (Dinitrogenase-Reduktase) ist aus zwei identischen Gruppen mit einem Molekulargewicht von 29.000 aufgebaut, die jeweils 4 Eisen- und Schwefelatome enthalten.
Durch speziell entwickelte Reinigungsmethoden und spektroskopische Untersuchungen konnte der Ablauf elementarer Vorgänge der Stickstofffixierung unter Einwirkung des Enzyms Nitrogenase teilweise aufgeklärt werden (Abb. 7.15). Es ist möglich, dass das Problem der Stickstofffixierung nach dem Prinzip der Knöllchenbakterien in naher Zukunft unter künstlichen Bedingungen erfolgreich gelöst werden kann.
Auch eine andere Richtung wird intensiv entwickelt – die genetische Untersuchung der Stickstofffixierung durch Pflanzen. Der Einsatz rekombinanter DNA und die Entwicklung neuer Methoden zur Überwachung der Entwicklung und des Alterns von Pflanzen werden zu einer umfassenderen Aufklärung des Mechanismus der Stickstofffixierung und zur Schaffung von Stämmen beitragen, die Stickstoff effektiv binden. Eine sehr wichtige und spannende Aufgabe besteht darin, die natürliche Fähigkeit einiger Pflanzen, Stickstoff in Nahrungspflanzen zu binden, zu erweitern, also sie selbstbefruchtend zu machen. In Zukunft muss ein solches praktisch bedeutsames Problem gelöst werden.
Protein ist die Grundlage der Ernährung
Proteine, Fette und Kohlenhydrate bilden die Grundlage der menschlichen und tierischen Ernährung. Wenn der Gehalt an Kohlenhydraten und Fetten in Lebensmitteln – Energieträgern – begrenzt werden kann, ist dies für Proteine inakzeptabel: Sie werden für die ständige Regeneration von Organen und das Körperwachstum benötigt. Proteinmangel führt zur Erschöpfung des Körpers. Die für das normale Funktionieren des Körpers erforderliche tägliche Proteinzufuhr beträgt bei Erwachsenen bis zu 1 g und bei Kindern 2-3 g pro Kilogramm Körpergewicht. Die tägliche Proteinzufuhr für Erwachsene sollte 60-100 g betragen. Allerdings werden diese von Experten empfohlenen Normen nicht immer eingehalten. In Industrieländern beispielsweise 85-95 g Protein pro Kopf und Tag und in unterentwickelten Ländern 50 g.
Mehr als 60 % der vom Menschen verzehrten Proteine sind pflanzlichen Ursprungs. Die wertvollsten landwirtschaftlichen Nutzpflanzen mit einem hohen Proteingehalt: Weizen, Reis, Mais usw. Der durchschnittliche Proteingehalt liegt zwischen 9 und 14 %. In den letzten Jahrzehnten wurden Weizensorten mit einem Proteingehalt von mehr als 20 % angebaut. Der Bedarf der Bevölkerung an Proteinen wächst stetig (Abb. 7.16). 
Von den zwanzig Aminosäuren, die für das Leben des Körpers, den Aufbau des Skeletts und des Gewebes notwendig sind, können nur 12 vom Körper selbst synthetisiert werden. Der Rest, einschließlich Lysin, Methionin und Tryptophan, muss mit der Nahrung verabreicht werden. Der Anteil dieser lebensbestimmenden Aminosäuren ist in den meisten pflanzlichen Lebensmitteln sehr gering. Die Zusammensetzung leicht verdaulicher tierischer Proteine ist den Proteinen unseres Körpers viel ähnlicher, sodass der Bedarf an Aminosäuren durch den Verzehr von Fleisch gedeckt werden kann.
Auf den ersten Blick mag es scheinen, dass das Problem der Proteinproduktion durch eine Steigerung der tierischen Produkte leicht gelöst werden kann. Dieses Problem ist jedoch viel komplizierter. Erstens ist die Umwandlung pflanzlicher Produkte in tierische Produkte durch ein Verhältnis von 6:1 gekennzeichnet. Zweitens erfordert das Wachstum von Tieren wiederum eine große Menge wertvoller Proteine.
In Pflanzenblättern sind große Proteinreserven konzentriert. Sie erreichen etwa 2 Tonnen pro 1 ha und Jahr, in den Tropen bis zu 5 Tonnen. Die Gewinnung von Proteinen aus Blättern erfordert jedoch viel Energie.
Um die biologische Aktivität zu erhöhen, werden fehlende Aminosäuren in pflanzliche Proteine eingebaut. Beispielsweise erhöht die Zugabe von 0,4 % Lysin zu Weizenmehl dessen biologische Aktivität um mindestens 50 %. In der Geflügel- und Schweinezucht wird mit Methionin angereichertes Sojamehl verwendet, das einen relativ hohen Anteil an Proteinen enthält. Durch genetische Eingriffe ist es möglich, den Lysingehalt im Protein zu erhöhen. Auf diese Weise gelang es, den Gehalt an Lysin im Protein von Mais und Weizen von 2 auf 4 % zu erhöhen.
In den letzten Jahrzehnten wurde der Entwicklung und Produktion von Lebensmittelbiomasse mit einem hohen Proteinanteil große Aufmerksamkeit gewidmet. Moderne Mittel der Biotechnologie ermöglichen die Gewinnung künstlicher Eiweißstoffe in großen Mengen aus Holzabfällen, Erdöl und Erdölprodukten sowie aus Erdgas. Künstliche Proteinnährstoffe werden in der Tierhaltung häufig eingesetzt und ermöglichen so die Herstellung hochwertiger Fleischprodukte. Die relativ neu entwickelten Methoden der Gentechnologie heben den biotechnologischen Prozess zur Herstellung der wertvollsten Proteinprodukte auf ein höheres Niveau.
Eine der wichtigen Aktivitäten von Mikrobiologen ist die Verbesserung des Nährwerts und der Schmackhaftigkeit von Lebensmitteln. Essen ist nicht nur ein Mittel zum normalen menschlichen Leben, sondern auch eine Quelle des Vergnügens. Der Wunsch nach Genuss führt jedoch oft zu übermäßigem Essen. Experten zufolge essen beispielsweise in vielen Industrieländern etwa 20 % der männlichen und 40 % der weiblichen Bevölkerung viel mehr, als der Körper benötigt. Es wurde festgestellt, dass der normale menschliche Zuckerkonsum pro Jahr 18 kg nicht überschreiten sollte, während dieser Wert in einigen Ländern 60 kg erreicht. Übermäßiger Verzehr von Zucker oder anderen Lebensmitteln wirkt sich natürlich schädlich auf die menschliche Gesundheit aus und führt meist zu Fettleibigkeit. Mikrobiologen hoffen, wirksame Mittel anbieten zu können, um den übermäßigen Verzehr schmackhafter und kalorienreicher Lebensmittel einzudämmen.
Aussichten für eine Erhöhung der Nahrungsressourcen
Lange Zeit wurde das Problem der zunehmenden Nahrungsressourcen vor allem durch die Ausweitung der Anbauflächen gelöst. Bis heute, da fast alle Ackerflächen erschlossen sind, muss dieses Problem auf andere Weise gelöst werden, von denen viele erst jetzt beginnen, sich auf der Grundlage der neuesten Errungenschaften der Naturwissenschaften und vor allem der Mikrobiologie zu entwickeln.
Traditionelle Wege zur Lösung des Problems der zunehmenden Nahrungsressourcen basieren auf der Verbesserung der Technologie der Lebensmittelproduktion und -lagerung. Im Produktionsprozess müssen die Zusammensetzung und Struktur des Bodens wiederhergestellt und somit seine Fruchtbarkeit erhalten bleiben. In allen Phasen der Lebensmittelproduktion und -lagerung spielen die Naturwissenschaften eine wichtige Rolle, da sie uns ermöglichen, die Natur der Mikroprozesse zu verstehen, die der Entwicklung lebender Systeme auf verschiedenen biologischen Ebenen zugrunde liegen.
Moderne naturwissenschaftliche Instrumente ermöglichen es, auf molekularer Ebene die Auswirkungen verschiedener Substanzen auf lebende Systeme zu untersuchen, die zu einer Steigerung der Nahrungsmittelproduktion führen. Zu diesen Substanzen gehören Hormone, Pheromone, Schutz- und Nährstoffe. Sie wirken aktiv auf Haustiere, Kulturpflanzen und deren natürliche Schädlinge.
Schädlingsbekämpfung ist ein wesentlicher Faktor in der Lebensmittelproduktion. In der jüngeren Vergangenheit lag das Hauptaugenmerk auf der Suche nach chemischen Verbindungen zur Vernichtung schädlicher Insekten. Bei diesem Ansatz wird das natürliche biologische Gleichgewicht gestört und die Umwelt mit fremden und meist schädlichen Substanzen verstopft. Die rationale Aufgabe besteht in erster Linie darin, die Auswirkungen schädlicher Insekten zu kontrollieren und nicht darin, sie vollständig auszurotten. Durch die Untersuchung biochemischer Prozesse in den Organismen selbst wurde es möglich, die durch Schädlinge verursachten Schäden durch solche Mittel zu begrenzen, die auch bei langfristiger Anwendung keine Gefahr für die Natur darstellen. Die grundlegenden Probleme biologischer Systeme sind zunehmend mit den Problemen molekularer Strukturen und chemischer Prozesse verknüpft.
Durch Photosynthese erhalten lebende Pflanzen die Energie, die sie benötigen, um Kohlendioxid und Wasser in organische Verbindungen umzuwandeln und dabei molekularen Sauerstoff freizusetzen. Da die Zunahme der Nahrungsressourcen letztlich vom Wachstum der Pflanzen abhängt, spielt die Photosynthese eine Schlüsselrolle bei der Nahrungsmittelproduktion. Photosynthese - Es handelt sich um einen wesentlichen natürlichen Prozess, bei dem grüne Pflanzen, Algen und photosynthetische Bakterien Sonnenenergie nutzen, um chemische Reaktionen anzuregen. Während der Photosynthese absorbiert das in pflanzlichen Chloroplasten enthaltene Chlorophyll Lichtenergie und wandelt sie in die Energie chemischer Bindungen organischer Verbindungen um. Chlorophyll hat eine komplexe Struktur einer zyklischen Verbindung, die ein Magnesiumatom enthält. Eine der Varianten der Struktur von Chlorophyll ist in Abb. dargestellt. 7.17. 
Pflanzenzellen kann man sich als chemische Fabriken vorstellen, in denen sich Kohlenstoff aus Kohlendioxid mit Wasserstoff zu Kohlenwasserstoffverbindungen verbindet, die die Grundlage für Pflanzen bilden. Durch die Photosynthese wird eine große Menge Kohlenstoff in nützliche Stoffe umgewandelt.
Es wurde festgestellt, dass die für die Photosynthese benötigte Energie zu etwa zwei Dritteln aus der Strahlung im roten und nahen Infrarotbereich des Sonnenspektrums stammt. Darüber hinaus zeigen spektroskopische Untersuchungen, dass bei der Photosynthese eine Wechselwirkung vieler Chlorophyllmoleküle stattfindet. In diesem Fall wird angenommen, dass das Zentrum der Photoreaktion ein Paar paralleler Chlorophyllringe ist, die durch Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Aminosäuregruppen in geringem Abstand voneinander gehalten werden. All diese Informationen sind sehr wichtig, um das Wesen der Photosynthese und ihrer Reproduktion zu verstehen. Die Reproduktion der Photosynthese unter Laborbedingungen wäre die größte Errungenschaft der Naturwissenschaft.
Photosynthese - die wichtigste Quelle nicht nur für Nahrungsressourcen, sondern auch für Energie. Durch die Umwandlung organischer Pflanzenstoffe kann eine enorme Energiemenge gewonnen werden. Dank der Photosynthese wird die Luft von Kohlendioxid gereinigt, das in sehr wertvolle organische Substanzen umgewandelt wird. In diesem Zusammenhang ist eine umfassende Untersuchung der Photosynthese und ihrer Reproduktion im Labor äußerst wichtige und praktisch bedeutsame Aufgaben.
Gesundheitsprodukte
Arzneimittel gegen verschiedene Krankheiten sind seit der Antike bekannt, doch erst in den letzten 100 Jahren sind dank der Entwicklung der Biochemie und Mikrobiologie mehr als 95 % aller Arzneimittel erschienen. Die positive Wirkung medizinischer Aktivitäten in entwickelten Ländern wird zu etwa 70 % von der Verfügbarkeit von Medikamenten bestimmt. Ob Kopfschmerzen, Verdauungsbeschwerden oder Lungenentzündung, ob Husten, Typhus oder Malaria – in den Händen von Ärzten liegt immer ein wirksames Mittel. Dank wirksamer Medikamente konnte die Pest ausgerottet werden, es ergaben sich Heilungsaussichten für zahlreiche Infektionskrankheiten, die Kindersterblichkeit ging stark zurück usw.
In jüngster Zeit haben sich die Methoden zur Entwicklung pharmakologisch wirksamer Verbindungen erheblich verändert. Beim Verständnis der chemischen Reaktionen, die biologische Prozesse steuern, wurden auf molekularer Ebene erhebliche Fortschritte erzielt. Als Beispiel können wir neue wirksame Medikamente nennen, die die Aktivität von Enzymen und Rezeptoren regulieren.
Enzyme sind an den meisten chemischen Umwandlungen in lebenden Organismen beteiligt und bilden chemische Mediatoren, die diese Umwandlungen regulieren. Es werden Vermittler gerufen Hormone Und Vermittler. in lebenden Organismen Hormone liegen im Blut Mediatoren - zwischen Nervenzellen. Hormone und Mediatoren steuern die lebenswichtigen Prozesse – Muskelkontraktion und Adrenalinausschüttung. Es ist möglich, sie und damit die von ihnen gesteuerten Prozesse zu beeinflussen, indem man auf die Enzyme einwirkt, die sie produzieren. Ein Stoff, der die Aktivität eines Enzyms hemmt, heißt Inhibitor. Die entwickelten Enzyminhibitoren sind sehr wirksam bei der Behandlung von Bluthochdruck, Arteriosklerose und Asthma.
Rezeptoren - Makromoleküle, die biologische Prozesse in Gang setzen. Wenn sie durch entsprechende Hormone aktiviert werden, erkennen und binden sie biologisch aktive Moleküle, die eine katalytische und regulatorische Wechselwirkung eingegangen sind. Es gibt zwei Arten von Wirkstoffen, die mit Rezeptoren interagieren: Agonisten und Antagonisten. Agonisten verursachen eine biologische Reaktion und Antagonisten sie ist blockiert. Einige Wirkstoffe können gleichzeitig an verschiedene Rezeptoren binden und daher an unterschiedlichen biologischen Prozessen beteiligt sein. Beispielsweise löst Histamin durch die Bindung an den H1-Rezeptor allergische Reaktionen aus und fördert durch die Aktivierung des H2-Rezeptors die Freisetzung von Magensaft. Überschüssiger Magensaft reizt die Magenwände und führt zu Geschwüren. Das Medikament – Cimetidin – ist ein spezifischer H2-Rezeptor-Antagonist, der die Sekretion von Magensaft unterdrückt. Noradrenalin ist ein chemischer Wirkstoff des Nervensystems. Es steuert die Freisetzung von Adrenalin und bindet an vier Arten von Rezeptoren, die für verschiedene biologische Prozesse verantwortlich sind. Antagonistenverbindungen haben sich bereits als wirksam bei der Behandlung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Krebs, Störungen des Zentralnervensystems und des endokrinen Systems erwiesen.
In den 1930er Jahren wurde festgestellt, dass bestimmte organische Verbindungen bei Versuchstieren krebserregend sind. Heute geht man davon aus, dass eine Reihe natürlicher und synthetischer Verbindungen in der Umwelt zur Entstehung von Krebs beim Menschen beitragen können. Bis 1968 hatten Studien gezeigt, dass verschiedene chemische Karzinogene kovalente Bindungen mit zellulären Makromolekülen (Proteine, RNA, DNA) eingehen und solche Bindungen zu Krebs führen. Einige chemische Verbindungen sind prakarzinogen. Wenn sie in den Körper gelangen, verwandeln sie sich in chemisch aktive Karzinogene. Ein DNA-Molekül mit einem daran gebundenen Karzinogen wird genannt DNA-Addukt. Die Endprodukte der Interaktion zwischen dem Körper und dem Karzinogen können zu Veränderungen in der DNA führen, also Mutationen verursachen.
Bei einer bösartigen Entartung von Zellen kommt es zu deren abnormaler Entwicklung. Kürzlich wurde festgestellt, dass die maligne Transformation von Zellen mit bestimmten Genen gesunder Zellen zusammenhängt. Diese Gene sind identisch oder mit den Genen einiger Viren (Onkogene) verwandt, die normale Zellen in bösartige Zellen umwandeln. Bisher sind organische Chemiker in der Lage, die Nukleotidsequenzen im normalen Gen und Onkogen sowie die Aminosäuresequenzen in den von diesen Genen kodierten Proteinen zu bestimmen. Die Feststellung der Unterschiede zwischen den Proteinen normaler und erkrankter Zellen auf molekularer Ebene ist für die Entwicklung therapeutischer Behandlungsmethoden von großer Bedeutung.
Ursprünglich wurde Krebs mit Giften behandelt, die aus natürlichen Substanzen synthetisiert wurden. In jüngster Zeit wurden viele neue und klinisch wirksame Medikamente aus Mikroorganismen isoliert. Einige von ihnen interagieren mit der DNA der betroffenen Zellen und dringen in die helikalen DNA-Stränge ein. Häufig verwendete Antikrebsmittel, sogenannte Antimetaboliten, ähneln strukturell natürlich vorkommenden stoffwechselstörenden Verbindungen.
Viele entzündliche Erkrankungen werden durch eine Störung des Immunsystems verursacht. Das Immunsystem wirkt der Erkrankung des Körpers und dem Eindringen von Fremdstoffen entgegen. Bisher wurden Enzyme und andere Proteine etabliert, die Fremdkörper fixieren und die Reaktion des Körpers koordinieren. Von weißen Blutkörperchen produzierte Plasmazellen scheiden Antikörper ins Blut aus, die fremde Proteine oder Polysaccharide neutralisieren, die Krankheiten verursachen können. Die chemische Natur von Antikörpermolekülen ist bekannt, aber gleichzeitig bleibt von Wissenschaftlern verschiedener Berufsgruppen noch viel Arbeit zu leisten, um eine fortschreitende Krankheit – das erworbene Immunschwächesyndrom (AIDS) – wirksam zu behandeln.
Das Immunsystem dient der Biosynthese von Antikörpern (Antigenen) – Schutzproteinen zur Neutralisierung fremder Moleküle. Eine bestimmte Abfolge von Aminosäuren der Proteinkette bestimmt die Selektivität von Enzymen. Die Bildung enzymaktiver Zentren und deren Struktur werden maßgeblich durch die Wirkung des verabreichten Antikörpers bestimmt. Mehr als 100 katalytische Antikörper wurden erfolgreich für enzymatische Reaktionen eingesetzt. Experten gehen davon aus, dass katalytische Antikörper zu einer neuen Generation von Biokatalysatoren gehören.
Radionuklide und Schwermetalle stellen eine ernsthafte Gefahr für die menschliche Gesundheit dar. Sie sind in Betriebsabfällen, Luftemissionen und Fahrzeugabgasen enthalten, verschmutzen Boden und Wasser, reichern sich in lebenden Zellen von Pflanzen und Tieren an und gelangen von dort mit der Nahrung in den menschlichen Körper (Abb. 7.18). 
Schadstoffe, die mit dem Blutstrom durch den menschlichen Körper wandern, verursachen großen Schaden. So verlangsamen Schwermetalle das Wachstum und die geistige Entwicklung von Kindern und verursachen Erkrankungen des Nervensystems, der Nieren und der Leber. Gelangen radioaktive Moleküle oder Radionuklide in den Körper, kommt es zu Schäden an der Erbsubstanz, verminderter Immunität und onkologischen Erkrankungen.
Nach dem Unfall im Kernkraftwerk Tschernobyl wurde die Suche nach Medikamenten, die den menschlichen Körper von radioaktiven Atomen reinigen, intensiviert. Es galt, Substanzen zu finden, die mit radioaktiven Isotopen starke Verbindungen bilden können, die dann leicht aus dem Körper ausgeschieden werden können. Eines dieser Arzneimittel wurde, wie aus der Quelle der Zeitschriftenpresse hervorgeht, in Alginaten gefunden – Produkten aus der Verarbeitung von Braunalgen. Wie sich herausstellte, reinigen diese Algen in der Natur das Meerwasser von Schwermetallen, überschüssigen Salzen und radioaktiven Isotopen. Das in unserem Land synthetisierte Medikament Algisorb ist in der Lage, den menschlichen Körper von radioaktiven Isotopen zu reinigen, ohne den Stoffwechsel zu stören, ohne allergische Reaktionen hervorzurufen und ohne die Vererbung zu beeinträchtigen.
7.13. Die Lebensdauer des Körpers verlängern
allgemeine Informationen
Das Altern eines Organismus, einschließlich des menschlichen Körpers, wird meist als natürlicher und unvermeidlicher Prozess angesehen. Die durchschnittliche Lebenserwartung eines Menschen schwankt in einem relativ weiten Bereich – von 55 bis 85 Jahren. In den letzten Jahrzehnten waren es in den entwickelten Ländern etwa 70 Jahre. Die Lebenserwartung des Menschen kann 100 Jahre und mehr betragen. Und solche Fälle sind zum Beispiel bei Menschen, die in den Dörfern des gebirgigen Kaukasus leben, keine Seltenheit, was bedeutet, dass das Potenzial für ein langes Leben noch nicht ausgeschöpft ist. Das Problem der Verlängerung des Lebens eines lebenden Organismus ist bis heute relevant. Und seine Lösung hängt weitgehend von den Bemühungen von Wissenschaftlern ab: Ärzten, Biochemikern, Psychologen usw.
Es wird angenommen, dass der Alterungsprozess durch eine Verletzung enzymatischer Reaktionen im Körper verursacht wird, die durch verschiedene Abweichungen im hormonellen Kontrollsystem verursacht werden. Mit modernen medizinischen Mitteln können Sie das Hormonsystem anpassen und scheinbar das Problem der Lebensverlängerung lebender Organismen erfolgreich lösen. Es stellte sich jedoch heraus, dass das Problem nicht so einfach war.
Die ersten systematischen Experimente zur Ermittlung des Einflusses verschiedener Faktoren auf die Lebenserwartung wurden an experimentellen Drosophila und Daphnien durchgeführt. Als Ergebnis zahlreicher Experimente wurde festgestellt, dass durch die Begrenzung des Nährstoffkaloriengehalts in einem qualitativ vielfältigen Lebensmittel die Lebenserwartung von Drosophila und Daphnien um das 3- bis 3,5-fache erhöht werden kann. Bei der genauen Dosierung von Proteinen in der Nahrung, die etwa 14 % beträgt, verdoppelt sich die durchschnittliche Lebenserwartung von Ratten. Die Lebensverlängerung wird durch die Wirkung von Aminosäuren (Cystein), einigen Vitaminen, anabolen Steroiden, die für die Proteinsynthese im Körper notwendig sind, und anderen Substanzen erreicht. Ähnliche Ergebnisse für den menschlichen Körper sind jedoch noch nicht bekannt.
Gezielte Experimente zum Einsatz verschiedener biochemischer Präparate werden dazu beitragen, die physikalisch-chemische und biologische Natur des Alterungsmechanismus des Organismus aufzudecken. Mit diesem Ansatz können Medikamente synthetisiert werden, die selektiv auf den Körper wirken, also die Lebensdauer einzelner Organe verlängern: Leber, Herz, Gehirn usw. Das wichtigste Ergebnis dieser Experimente wird die Synthese eines universellen Anti-Aging-Medikaments sein .
Entropische Natur des Alterns
Der natürliche Alterungsprozess ist ein ewiges Thema zum Nachdenken und der besten Köpfe der Menschheit und der einfachen Leute. Seit der Antike versuchen Wissenschaftler, den Mechanismus des Alterns aufzudecken und Wege zu finden, ihn zu verhindern. Gleichzeitig bleibt vieles ein Rätsel, obwohl erst vor kurzem etwas herausgefunden wurde.
Manchmal gibt es Menschen, für die die üblichen Regeln nicht gelten – sie können längere Zeit ohne Schlaf auskommen, sie sind keinen gefährlichen Viren ausgesetzt usw. Es gibt jedoch keinen Menschen, der nicht dem Altern ausgesetzt ist. Jeder Mensch weiß: Alle Lebewesen altern und sterben schließlich, das heißt, sie gehen in eine andere Form der Materie über. Sogar Objekte der unbelebten Natur altern, verfallen und werden unbrauchbar: Gebäude, Autos usw. Es mag überraschend erscheinen – auch Metall altert. All dies deutet darauf hin, dass das Altern ein unvermeidlicher, irreversibler Prozess ist, der sowohl in der belebten als auch in der unbelebten Natur vorkommt.
Gemäß dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik ist jeder reale Prozess irreversibel und geht mit einer Entropiezunahme einher. Entropie ist ein Maß für Chaos und Unordnung. Das bedeutet, dass jeder echte natürliche Prozess, einschließlich des Alterns, zu einer Zunahme des Chaos führt. Durch die Alterung wird die geordnete, aufeinander abgestimmte Arbeit der Elemente eines lebenden Systems gestört. In diesem Sinne kann man von der entropischen Natur der Alterung lebender Naturobjekte sprechen.
Die Zerstörung geschieht von selbst, und der Schöpfungsprozess erfordert den Aufwand von Energie. Für die Entstehung und Existenz einer geordneten Struktur ist ein Energiezufluss notwendig, da Energie dazu neigt, sich im Raum irreversibel zu zerstreuen. Dieser Trend ist probabilistischer Natur und daher können wir sagen, dass der Prozess der Energiedissipation wahrscheinlicher ist als die Schaffung geordneter Strukturen. Lebende Organismen gehören zu offenen thermodynamischen Systemen: Pflanzen absorbieren Sonnenenergie, was zur Bildung organischer und anorganischer Verbindungen führt; Tierische Organismen zersetzen solche Verbindungen und versorgen sich so mit Energie. Gleichzeitig stehen lebende Objekte im thermodynamischen Gleichgewicht mit der Umgebung und sind somit eine Art Energiedissipationsquelle. In einem bestimmten Entwicklungsstadium führt die von einem offenen System absorbierte Energie zu dessen Selbstkomplikation und in manchen Fällen zu seiner Verbesserung.
Durch die Bildung einer immer komplexeren Struktur und die Anhäufung von Informationen streben lebende Systeme danach, die irreversible Energieverschwendung zu verhindern und so der Zunahme der Entropie nicht nur in ihrer Umgebung, sondern im gesamten Universum zu widerstehen. Dieses Streben ist von Natur aus das Gegenteil des Alterns. Die Konfrontation dieser Prozesse lässt sich als Einheit und Kampf der Gegensätze darstellen, also als dialektisches Naturgesetz, das durch ein genetisches Programm vorgegeben, von einem lebenden Organismus immer wieder reproduziert und an die nächsten Generationen weitergegeben wird.
Mechanismus des Alterns
Die Aussage „alle Lebewesen unterliegen dem Alter“ ist etwas ungenau. Was passiert beispielsweise, wenn sich eine lebende Zelle oder ein lebendes Bakterium während der Fortpflanzung in zwei Hälften teilt? Gleichzeitig altert eine lebende Zelle nicht und stirbt nicht, es entstehen andere Zellen, die sich wiederum teilen usw. Die Zelle, aus der alle anderen entstehen, bleibt tatsächlich unsterblich. Die Frage der Alterung einzelliger Organismen und sich ständig teilender Zellen wie Geschlechts- oder Tumorzellen bleibt weiterhin offen. Am Ende des 19. Jahrhunderts. Der deutsche Zoologe August Weismann (1834-1914) schlug die Idee der Unsterblichkeit von Bakterien vor. Viele Wissenschaftler stimmen ihr heute zu, andere stellen sie in Frage. Dabei stützen sich beide auf klar definierte Beweise.
In vielzelligen Organismen kann sich ein erheblicher Teil der Zellen nicht ständig teilen – sie müssen andere Funktionen erfüllen: Bewegung, Ernährung, Steuerung verschiedener Prozesse usw. Die Natur löste die Widersprüche zwischen der funktionellen Spezialisierung von Zellen und ihrer Unsterblichkeit, indem sie Zellen in zwei Typen aufteilte : somatisch und sexuell. somatische Zellen unterstützen die lebenswichtige Aktivität im Körper und die Geschlechtsteilung und sichern so den Fortbestand der Gattung. Somatische Zellen altern und sterben, während Geschlechtszellen praktisch ewig bleiben. Die Existenz riesiger und komplexer vielzelliger Organismen mit Billionen somatischer Zellen zielt darauf ab, die Unsterblichkeit der Keimzellen aufrechtzuerhalten.
Was ist der Mechanismus der Alterung somatischer Zellen? Es wurde festgestellt, dass sich jede Körperzelle höchstens 50 Mal teilen kann. Die allmähliche Alterung des gesamten Organismus ist darauf zurückzuführen, dass seine Körperzellen die ihnen zugeteilte Zahl der Teilungen erschöpfen. Danach altern die Zellen und sterben ab. Es gibt Fälle, in denen sich Körperzellen, die gegen diese Regel verstoßen, teilen und ihre Kopien kontinuierlich reproduzieren. Eine solche Spaltung führt jedoch zu nichts Gutem – schließlich entsteht auf diese Weise ein Tumor im Körper, der oft zum Tod des gesamten Organismus führt.
Alter und Lebenserwartung
Bereits zu Beginn des 20. Jahrhunderts. Physiologen machten darauf aufmerksam, dass große Säugetiere länger leben als kleine. Beispielsweise lebt eine Maus 3,5 Jahre, ein Hund 20 Jahre, ein Elefant 70. Diese Abhängigkeit wurde durch unterschiedliche Stoffwechselraten erklärt. Der durchschnittliche Gesamtenergieverbrauch pro Körpermasseeinheit ist bei verschiedenen Säugetieren im Laufe des Lebens ungefähr gleich – 200 kcal/g. Jede Art kann nur eine bestimmte Energiemenge verarbeiten – wenn diese erschöpft ist, stirbt sie.
Die Stoffwechselrate und der Gesamtsauerstoffverbrauch hängen von der Größe des Tieres ab. Es besteht ein umgekehrter Zusammenhang zwischen Stoffwechselrate und Lebenserwartung. Ein niedriges Körpergewicht und ein hoher Stoffwechsel führen zu einer kurzen Lebenserwartung. Es gibt jedoch viele Ausnahmen von dieser einfachen Regel. Beispielsweise sind die Gesamtenergiekosten pro Körpermasse beim Menschen sehr hoch und die Lebenserwartung ist viermal länger, als sie bei einem diesen Kosten entsprechenden Stoffwechsel sein sollte. Womit es zusammenhängt, wurde erst vor kurzem herausgefunden. Der Grund liegt in einem wichtigen Faktor, der die Lebenserwartung bestimmt – dem Sauerstoffpartialdruck. Die Sauerstoffkonzentration in der Luft beträgt etwa 20,9 %. Eine merkliche Veränderung dieser Konzentration führt zum Tod lebender Organismen. Die Tatsache, dass Sauerstoffmangel schädlich für Lebewesen ist, ist vielen bekannt, aber nur wenige wissen um die Gefahren eines Sauerstoffüberschusses. Reiner Sauerstoff tötet Labortiere innerhalb weniger Tage, und bei einem Druck von 2-5 atm verkürzt sich dieser Zeitraum auf Stunden und Minuten.
Es wird angenommen, dass die Erdatmosphäre in der frühen Phase ihrer Entwicklung keinen Sauerstoff enthielt. Die sauerstoffreiche Atmosphäre der Erde entstand vor etwa 1,4 Milliarden Jahren durch die lebenswichtige Aktivität primitiver, zur Photosynthese fähiger Organismen. Sie absorbierten Sonnenenergie und Kohlendioxid und setzten Sauerstoff frei. Die lebenswichtige Aktivität dieser Organismen schuf somit die Grundlage für die Entstehung einer Vielzahl anderer lebender Organismen, die Sauerstoff für die Atmung verbrauchen.
Das Sauerstoffmolekül und das Produkt seiner vollständigen Reduktion – Wasser – sind an sich nicht toxisch. Allerdings geht die Sauerstoffreduktion mit der Bildung zellschädigender Produkte einher: Superoxidanionenradikale, Wasserstoffperoxid und Hydroxylradikale. Sie werden reaktive Sauerstoffspezies genannt. Für ihre Bildung werden etwa 5 % des vom Körper verbrauchten Sauerstoffs aufgewendet. Enzyme reduzieren die schädliche Wirkung aktiver Formen auf Zellen. Die Hauptrolle spielt das Enzym Superoxiddismutase, das Superoxid-Anionenradikale in harmloseres Wasserstoffperoxid und molekularen Sauerstoff umwandelt. Wasserstoffperoxid wird sofort durch andere Enzyme zerstört – Katalase und Peroxidasen.
Auch die positive Rolle reaktiver Sauerstoffspezies ist bekannt – sie können den Körper vor Mikroben und sogar vor einigen Tumoren schützen. Dennoch führt ihr hoher Gehalt zur Zerstörung von Zellen. Aktuelle Forschungsergebnisse haben gezeigt, dass die Produktionsrate reaktiver Sauerstoffspezies durch im Blut enthaltenes Kohlendioxid verlangsamt wird. Und das bedeutet, dass Kohlendioxid auch für das Leben des Körpers notwendig ist, was die Zerstörung von Zellen verhindert.
Die Aufklärung des Mechanismus der Neutralisierung reaktiver Sauerstoffspezies trug zum Verständnis einiger Probleme der Strahlenbiologie, Onkologie, Immunologie usw. bei. Die Theorie des Alterns durch freie Radikale war geboren, nach der altersbedingte Veränderungen in Zellen durch die Ansammlung von verursacht werden Schäden in ihnen werden durch freie Radikale verursacht – Fragmente von Molekülen mit ungepaarten Elektronen, die dadurch eine erhöhte chemische Aktivität besitzen. Unter dem Einfluss von Strahlung, einigen chemischen Reaktionen und Temperaturschwankungen können in Zellen freie Radikale entstehen. Dennoch ist die Hauptquelle freier Radikale die Reduktion des Sauerstoffmoleküls.
Die Häufung altersbedingter Veränderungen in Zellen hängt vom Verhältnis zweier Prozesse ab: der Bildung freier Radikale und deren Neutralisierung mit Hilfe der Superoxiddismutase, dem „Anti-Aging-Enzym“. Die Anzahl der in der Zelle erzeugten freien Radikale nimmt wahrscheinlich mit zunehmendem Sauerstoffverbrauch oder erhöhter Stoffwechselrate zu. Es wird angenommen, dass die Lebensdauer von Tieren und Menschen vom Verhältnis der Superoxiddismutase-Aktivität zur Stoffwechselrate abhängt. Eine hohe Aktivität des „Anti-Aging-Enzyms“ schützt Menschen und einige Tiere mit intensivem Stoffwechsel vor vorzeitiger Alterung.
Suche nach Anti-Aging-Produkten
Ein neues Verständnis des Mechanismus des Alterns ermöglicht es, einige Fakten zu erklären, die Gerontologen – Wissenschaftlern, die die Probleme des Alterns in lebenden Organismen untersuchen – gut bekannt sind. Warum leben beispielsweise Tiere, die mit einer kalorienarmen, aber ausgewogenen Ernährung gefüttert werden, länger als solche, die reichlich gefüttert werden? Die Antwort ist einfach: Denn eine eingeschränkte Ernährung verringert die Intensität des Stoffwechsels und verlangsamt dementsprechend die Anhäufung von Schäden in den Zellen. Die längere Lebenserwartung von Frauen (durchschnittlich 10 Jahre) geht mit einer geringeren Stoffwechselrate einher. Das Phänomen der Langlebigkeit in Berggebieten erklärt sich auch durch die geringere Stoffwechselrate von Menschen, die unter Bedingungen mit reduziertem Sauerstoffgehalt leben.
Den Zellen innerhalb eines menschlichen Körpers wird ein unterschiedlicher Zeitraum zugewiesen: Je mehr Superoxiddismutase in den Zellen vorhanden ist, desto geringer ist der Grad ihrer Schädigung durch reaktive Sauerstoffspezies, desto länger leben sie. Daher leben beispielsweise einige Blutzellen mehrere Stunden, andere mehrere Jahre.
Beobachtungen haben gezeigt, dass die Veränderungen im Körper während der natürlichen Alterung und der Strahlenbelastung ähnlich sind. Es stellte sich heraus, dass Wasser unter Einwirkung von Strahlung unter Bildung reaktiver Sauerstoffspezies zerfällt, die beginnen, Zellen zu schädigen.
Die Ergebnisse neuerer Forschungen haben es ermöglicht, eine Strategie zur Suche nach Anti-Aging-Medikamenten zu entwickeln. Beispielsweise war es möglich, die Lebensdauer von Versuchstieren um das Eineinhalbfache zu verlängern, indem starke Antioxidantien in ihre Ernährung aufgenommen wurden. Die Einführung von Antioxidantien wie Superoxiddismutase in den Körper von Tieren schützt sie vor der toxischen Wirkung von Sauerstoff und erhöht ihre Lebenserwartung. Solche Experimente geben Anlass zur Hoffnung, dass Antioxidantien als wirksames Anti-Aging-Mittel beim Menschen eingesetzt werden können.
Im modernen Sinne ist der Alterungsprozess genetisch programmiert. Daher muss das Problem der Verlängerung des Lebens eines Organismus mit modernen Mitteln der Molekularbiologie und Gentechnik gelöst werden. Es wird angenommen, dass die Alterung auf polyfunktionelle Verbindungen in Form von Stoffwechselprodukten, beispielsweise Äpfel-, Bernstein- und Fumarsäure, sowie auf Radikale zurückzuführen ist. Zwischen den beiden Molekülen dieser Stoffe entstehen Brückenbindungen, die zur Ansammlung defekter Proteine und Funktionsstörungen der Zellen und in der Folge zur Alterung des Körpers führen.
In somatischen Zellen kommt es bei DNA-Reparatur-(Reparatur-)Enzymen weitaus häufiger zu Abweichungen von der normalen Funktion als in Keimzellen, so dass vor allem Neuronen, Leberzellen, Herzmuskeln usw. einer Alterung ausgesetzt sind.
Je mehr Abweichungen und wesentliche Faktoren sie verursachen, desto schneller verläuft der Alterungsprozess. Es ist bekannt, dass freie Radikale zu erheblichen Abweichungen in der Arbeit von Reparaturenzymen führen. In diesem Zusammenhang ist die Entwicklung von Inhibitoren freier Radikale eine der wichtigsten Richtungen zur Lösung des Problems der Verlängerung des Lebens eines Organismus. Dennoch besteht die wirksamste Möglichkeit, dem Altern vorzubeugen, darin, das im Genom des Körpers verankerte Programm zu korrigieren.
Die altersbedingte Schwächung des Körpers ist auf die Verschlechterung der Leistungsfähigkeit seiner Zellen zurückzuführen. Warum nimmt die Zellaktivität mit zunehmendem Alter ab? Studien haben gezeigt, dass Telomere, spezielle chromosomale Strukturen an den Enden der Zellchromosomen, mit jeder Zellteilung abnehmen. Dieser Rückgang der Telomere führt zur Zellalterung. Ein 1997 in den USA und Kanada durchgeführtes Experiment zur künstlichen Verlängerung von Telomeren in Zellen Invitro ergab ein erstaunliches Ergebnis: Die Zellen erlangten die Fähigkeit, sich viele Male zu teilen und behielten dabei ihre normalen Eigenschaften vollständig bei. Es ist sehr wichtig, dass die Zellen, nachdem sie potenzielle Unsterblichkeit erlangt haben, nicht krebsartig werden und keine Tumoren verursachen.
In den letzten Jahren wurde ein zelluläres Enzym entdeckt – Telemerase, trägt zum Wachstum der Enden der Chromosomen bei – Telemere, die sich bei der Geburt von Zellgenerationen zwangsläufig verkürzen. Es gibt Berichte, dass sich Chromosomen-Telomere im menschlichen Körper ohne die Beteiligung von Telomerase verlängern können.
Es werden gezielte Experimente durchgeführt, unterschiedliche Meinungen und Argumente diskutiert – all dies lässt optimistisch behaupten: Wenn nicht die Gegenwart, dann wird die kommende Generation die Früchte mühsamer und aufwändiger Experimente nutzen, die das Leben eines Menschen erweitern Lebensdauer bis zu 100, 200 und mehr Jahre.
7.14. Entstehung der Noosphäre
Das Erscheinen wissenschaftlichen Denkens in der Biosphäre in der Zukunft wird diese unweigerlich völlig verändern. In Kombination mit der menschlichen Arbeitstätigkeit wird das Denken zu einer bisher unbekannten geologischen Kraft, die zusammen mit der Biosphäre die gesamte Oberflächenschicht der Erde umwandeln kann. Der Träger des irdischen Geistes – der Mensch – beeinflusst mit zunehmender Zeitgeschwindigkeit die Biosphäre, indem er aktiv den gesamten Raum einnimmt, den sie einnimmt, Flora und Fauna kultiviert und das Erscheinungsbild der Erdoberfläche verändert. Laut V.I. Wernadskij, die Transformation der Biosphäre ist unvermeidlich und unumkehrbar. Dieser Standpunkt wurde in den frühen 1930er Jahren geäußert und von der damaligen wissenschaftlichen Gemeinschaft mit Skepsis aufgenommen. In was verwandelt sich also die Biosphäre und was bringt eine solche Transformation einem Menschen, der ein integraler Bestandteil derselben Biosphäre ist? IN UND. Wernadskij nannte die transformierte Biosphäre Noosphäre.
Das Denken erschien in der Biosphäre durch den Homo sapiens, aber seine Manifestation ist kein Zufall, die gesamte bisherige Entwicklung der Biosphäre im Laufe mehrerer Milliarden Jahre hat dazu geführt. Die Entstehung des Denkens eröffnete eine neue Ära in der Entwicklung der Biosphäre. Das Denken ist zum mächtigsten geologischen Faktor geworden: Sobald sich die wissenschaftliche Manifestation des Denkens gebildet hatte, begann es, die technische Arbeit des Menschen aufzubauen und zu leiten und die Biosphäre neu zu erschaffen. Ein solcher Einfluss des wissenschaftlichen Denkens auf die Biosphäre wurde nicht unmittelbar nach dem Erscheinen des Menschen darin offenbart. Zunächst wurden im Laufe vieler tausend menschlicher Generationen keine nennenswerten Veränderungen in der Biosphäre beobachtet, doch nach und nach schritt die Entwicklung des wissenschaftlichen Denkens und die Anhäufung von Kräften voran. Allmählich umfasste der Mensch unter Ausnutzung seiner intellektuellen Überlegenheit gegenüber anderen Vertretern der Tierwelt mit seinem Leben, seiner Kultur die gesamte Oberschale des Planeten – im Allgemeinen die gesamte Biosphäre, den gesamten mit Leben verbundenen Bereich des Planeten . Die Entwicklung des wissenschaftlichen Denkens führte zur Domestizierung von Tieren und zur Schaffung von Kulturpflanzen. Der Mensch begann, die Tierwelt um ihn herum zu verändern und für sich eine neue Tierwelt zu erschaffen, die es noch nie auf dem Planeten gegeben hatte.
Unter dem Einfluss wissenschaftlichen Denkens und menschlicher Arbeit begann in den letzten 5.000 bis 7.000 Jahren ein spontaner Prozess der Veränderung der Biosphäre und ihres Übergangs in einen qualitativ neuen Zustand, die Noosphäre, der immer schneller abläuft. Unter der Noosphäre verstand Wernadskij nicht eine über der Biosphäre isolierte „Denkschicht“, sondern einen qualitativ neuen Zustand der Biosphäre selbst, ihre nächste Transformation im Laufe der Evolution. Bekannt sind auch frühere Übergänge der Biosphäre in qualitativ neue Zustände, die mit ihrer nahezu vollständigen Umstrukturierung einhergehen. Aber dieser Übergang ist etwas Besonderes, mit nichts zu vergleichen.
„Vor unseren Augen verändert sich die Biosphäre dramatisch und es kann kaum ein Zweifel daran bestehen, dass ihre Umstrukturierung durch wissenschaftliches Denken durch organisierte menschliche Arbeit, die sich auf diese Weise manifestiert, kein zufälliges, vom Willen des Menschen abhängiges Phänomen ist, sondern ein …“ spontaner natürlicher Prozess, dessen Wurzeln tief liegen und durch einen evolutionären Prozess vorbereitet wurden, dessen Dauer auf Hunderte Millionen Jahre geschätzt wird. Die Entstehung der Noosphäre aus der Biosphäre ist ein Naturphänomen, das im Kern tiefer und mächtiger ist als die Menschheitsgeschichte. Es erfordert die Manifestation der Menschheit als ein einziges Ganzes“, schrieb V.I. Wernadski.
Die Entwicklung des wissenschaftlichen Denkens hat in den letzten Jahrhunderten ihr Tempo stark beschleunigt. Derzeit kann man von einer Explosion wissenschaftlicher Kreativität sprechen, die in direktem Zusammenhang mit dem Übergang der Biosphäre in die Noosphäre steht. Die Noosphäre als hochorganisierter Zustand der Biosphäre kann entstehen und existieren, sofern der weitere Prozess ihrer Entwicklung bewusst abläuft, durch wissenschaftliches Denken gelenkt und organisiert wird. Dies erfordert einerseits einen so hohen Entwicklungsstand der Wissenschaft, bei dem eine solche Aufgabe für sie machbar wird. Andererseits stellt dies die Wissenschaftler vor die Aufgabe, in naher Zukunft die Methoden zur Steuerung der Entwicklung der Biosphäre zu beherrschen und die dafür notwendigen Mittel zu schaffen.
Was die Einheit der Menschheit betrifft, so stellt sie die wichtigste Voraussetzung für die Bildung der Noosphäre dar. IN UND. Wernadskij glaubte, dass sich ungeachtet der Spaltung der Menschen nach Rassen- und Nationalgrenzen in naher Zukunft unweigerlich die Einheit der Menschheit entwickeln wird, trotz allem, was diesen Prozess behindert. Bereits in den 1930er Jahren schrieb er: „Gegenwärtig hört man unter dem Einfluss der umgebenden Schrecken des Lebens und einer beispiellosen Blüte des wissenschaftlichen Denkens vom Herannahen der Barbarei, dem Zusammenbruch der Zivilisation und der Selbstzerstörung.“ Menschheit. Diese Stimmungen und diese Urteile scheinen mir das Ergebnis eines nicht ausreichend tiefen Eindringens in die Umwelt zu sein ... Die reale Situation in unserer turbulenten und blutigen Zeit kann es nicht zulassen, dass sich die Kräfte der Barbarisierung entfalten und besiegen, die nun zu einem Höhepunkt zu kommen scheinen prominenter Ort.
Seine Analyse des Transformationsprozesses der Biosphäre in die Noosphäre V.I. Wernadskij endet mit solchen Verallgemeinerungen.
· Der Verlauf der wissenschaftlichen Kreativität ist die Kraft, mit der der Mensch die Biosphäre verändert. Veränderungen in der Biosphäre nach dem Erscheinen des Menschen darin sind ein unvermeidliches Phänomen, das das Wachstum des wissenschaftlichen Denkens begleitet.
· Die Veränderung der Biosphäre hängt nicht vom menschlichen Willen ab, sie geschieht spontan, wie ein natürlicher Prozess.
· Die wissenschaftliche Arbeit der Menschheit ist ein natürlicher Prozess, der mit dem Übergang der Biosphäre in einen neuen, geordneteren Zustand – der Noosphäre – einhergeht.
Ein solcher Übergang drückt ein „Naturgesetz“ aus. Daher ist das Erscheinen der Gattung Homo (Mensch) in der Biosphäre der Beginn einer neuen Ära in der Geschichte des Planeten.
· Der Mensch kann als eine bestimmte Funktion der Biosphäre in ihrer bestimmten Raumzeit betrachtet werden. In all seinen Erscheinungsformen stellt der Mensch einen bestimmten natürlichen Teil der Biosphäre dar.
· Die Explosion des wissenschaftlichen Denkens im 20. Jahrhundert wurde durch die gesamte Vergangenheit der Biosphäre vorbereitet und hat ihre tiefsten Wurzeln in ihrer Struktur. Er kann nicht aufhören und zurückgehen. Die Biosphäre wird früher oder später unweigerlich in die Noosphäre übergehen. Und in der Geschichte der Völker, die den Planeten bewohnen, wird es dafür notwendige Ereignisse geben und keine Ereignisse, die dem widersprechen.
Was kann das moderne wissenschaftliche Entwicklungskonzept über den Übergang der Biosphäre in einen neuen Zustand sagen? Erstens ist der Transformationsprozess der Biosphäre eine objektive Realität. Wir alle, die auf der Erde leben, sind Zeugen und in gewissem Maße Teilnehmer dieses Übergangsprozesses, auch wenn wir uns der Natur dessen, was geschieht, nicht bewusst sind. Der Transformationsprozess der Biosphäre hat nicht gestern begonnen und wird morgen nicht enden. Auf der menschlichen Zeitskala erstreckt sich die Transformation über mehrere Generationen, in der geologischen Dimension erfolgt sie jedoch augenblicklich und sollte als Sprung in der Entwicklung der Biosphäre betrachtet werden. Zweitens ähneln moderne Vorstellungen zu diesem Prozess denen von V.I. Wernadski.
Kontrollfragen
1. Welche Rolle spielt das chemische Gleichgewicht in biologischen Prozessen?
2. Welche Funktionen erfüllen DNA-Moleküle?
3. Wie ist die Struktur von DNA-Molekülen?
4. Wie entsteht der genetische Code?
5. Welche Funktionen haben Proteine?
6. Warum kann eine Zelle als lebender Organismus betrachtet werden?
7. Woraus bestehen Zellen?
8. Was ist der Unterschied zwischen einer Pflanzenzelle und einer Tierzelle?
9. In welche Gruppen werden alle Organismen je nach Zelltyp eingeteilt?
10. Unter welchen Bedingungen entstand das Leben auf der Erde?
11. Welche Rolle spielen Kohlenstoffverbindungen bei der Entstehung lebender Systeme?
12. Was ist chemische Evolution?
13. Welche Rolle spielt die Photosynthese bei der Entstehung mehrzelliger Organismen?
14. Beschreiben Sie kurz die Voraussetzungen für die Entwicklung der Evolutionsidee.
15. Was ist die Geschichte von Darwins Evolutionstheorie?
16. Was war Mendels Hauptidee zur Vererbung?
17. Was ist künstliche Selektion?
18. Welche Beziehung besteht zwischen gezieltem Handeln und natürlicher Selektion?
19. Geben Sie eine kurze Beschreibung der Entwicklung des Lebens in verschiedenen geologischen Epochen.
20. Beschreiben Sie die wichtigsten Pflanzen- und Tierarten.
21. Was sind die Besonderheiten der Pflanzen- und Tierwelt?
22. Nennen Sie die wichtigsten Arten der Anpassung lebender Organismen.
23. Was sind die wichtigsten physiologischen Merkmale einer Person?
24. Was ist das Wesentliche an Hegels soziologischer Idee?
25. Was bestimmt die ästhetische Wahrnehmung eines Menschen?
26. Welche Möglichkeiten gibt es, die Nahrungsressourcen zu erhöhen?
27. Was ist Stickstofffixierung?
28. Welche Wirkung haben Agonisten und Antagonisten?
29. Was ist die Hauptursache für Krebs?
30. Welches Mittel entfernt Radionuklide aus dem Körper?
31. Was bestimmt den Alterungsprozess des Körpers?
32. Was sind die wichtigsten modernen Methoden zur Lösung des Problems der Verlängerung des Lebens eines Organismus?
33. Wie entsteht die Noosphäre?
