Мир инновационных технологий

Проблема «человек и природа» в последние 10-20 лет встала во весь рост. Люди перестали бахвалиться «покорением природы», они вдруг осознали, что существующее общество, развивающееся как общество, подавляющее природу, рискует услышать грозный приговор:
Правосудье Рукой бесстрастной чашу с нашим ядом подносит к нашим же губам.
(Шекспир, Макбет)
Безусловно, социально-экономические отношения, наличие или отсутствие планового развития хозяйства накладывают отпечаток на взаимоотношения между человеком и природой. Но ведь и плановое социалистическое хозяйство развивается по пути все более усиленной
эксплуатации природных богатств. Где же грань разумного? Возможно ли стабильное равновесие интересов природы и человека? Червь, поедая землю, рождает ее плодородие. Человек, поедая плоды земли, разрушает или созидает?
Когда физики начинают говорить о почве, они чаще всего вынуждены употреблять приставку «не». Например: почва – не сплошная среда; почва – не однородная среда; почва – не однофазная среда и т. д.
Нехорошее это «не» свидетельствует не в пользу нашей осведомленности относительно среды для жизни начнем с последнего «не».
Почва – среда многофазная. Состоит она из твердой, жидкой и газообразной частей (то есть из собственно почвы, воды и воздуха). Есть еще, как увидим далее, фаза живая… Твердая часть, в свою очередь, складывается из минеральных и органических частиц. Первые – это крупинки бесцветного кварца, розового или белого полевого шпата, мягкие пластинки слюды. Здесь монтмориллонит, разные окислы железа, углекислая известь, гипс, каолинит и пр.
В зависимости от размеров этих частиц их классифицируют на камни, хрящ, песок, пыль (или глину) и ил. Камнями считается все, что имеет поперечник свыше 10 миллиметров. Камней в почве бывает достаточно много, и, к сожалению, не только сантиметровых. В Прибалтике, Финляндии, Карелии всерьез верят, что поле рождает камни: их выпахивают ежегодно, и каждый следующий год лемех выворачивает новые.

отзывы (0)

Длина Н-зоны также меняется при сокращении. Однако расстояние между концом Н-зоны в одном саркомере н началом Н-зоны в другом саркомере остается постоянным. Белковые нити обоих типов не меняют своей длины, но скользят относительно друг друга. Мышцы насекомых укорачиваются сравнительно мало, примерно на 12 %, тогда как мышцы позвоночных животных могут укорачиваться более чем на 40 %.
По химическому составу все мышцы примерно одинаковы. Главным их компонентом являются сократительные белки 60—70 %, ферменты и переносчик кислорода — миоглобин. Они находятся в цитоплазме. В типичной мышце позвоночных миозин составляет 54 %, актин — 22—25 %, а тропомпозин — 12 %.
Миозин составляет примерно половину всех структурных белков мышечной клетки и имеет относительную молекулярную массу 450 ООО. Он существует в виде соли магния. Миозин связывает двухвалентные ионы, а также ионы N8+ и К+. Практически все молекулы АТФ связаны с миозином. Этот белок можно разделить на две фракции, которые называются меромпозинами; один из меромиозинов называют тяжелым (ТММ), а другой — легким (ЛММ). Соединяясь вместе, они образуют единицы миозина. Легкий меромиозин образует основу толстых белковых нитей, а тяжелый образует поперечные мостики. Тяжелый меромпознн можно разделить на глобулярные субъединицы с относительной молекулярной массой 120 000, а спиральный стержень с относительной молекулярной массой 60 000. Глобулярные субъединицы тяжелого меромиозина являются наиболее важной частью молекулы, так как в ней содержится АТФ-аза и участки, связывающие АТФ и актин. Эта часть и образует боковые выступы миозина.
Актин является вторым структурным белком мышцы. В отсутствие солей актин представляет собой глобулярный белок (С-актпн) с относительной молекулярной массой 70 ООО, но в присутствии хлорида калия KCl и АТФ он нолимернзуется, образуя длинные волокна (Г-актин). Это превращение является обратимым и называется глобулярнофибриллярным переходом.
С-актин имеет сферическую форму с диаметром 5,3 нм и не обладает АТФ-азной активностью. Каждая его молекула содержит одну молекулу АТФ н один ион Са2+.

отзывы (0)

Поглощение и переваривание различных веществ является одной из главных форм взаимосвязи клетки и организма с окружающей средой. Из окружающей среды поступают в организм как необходимые для его существования питательные вещества, так и вредные вещества и микроорганизмы. Всасывание и пищеварение нельзя идентифицировать с обменом веществ организма, поэтому мы должны рассмотреть этот вопрос самостоятельно.
Фагоцитоз и пиноцитоз. Рассмотрим эти механизмы на уровне отдельной клетки. Сначала нужно выделить клеточные структуры, связанные с процессами захватывания, поглощения пищи и переваривания. Здесь мы говорим не об активном транспорте молекул-предшественников, а о кусочках различного биологического материала, идущего в пищу простейшим организмам. В процессах поглощения такого рода пищевого материала должна принимать участие клеточная мембрана и клеточные образования, несущие набор гидролитических ферментов — лизосомы.
Большинство клеток как в свободном состоянии, так и в составе тканей получает пищу в растворенном виде. У сложных многоклеточных организмов питательные вещества перевариваются ферментами в просвете пищеварительного канала и после всасывания переходят во внутреннюю жидкую среду организма в виде отдельных молекул. Процесс поглощения клеткой твердого вещества носит название фагоцитоз (от греческого слова «фагео» — ем), а поглощение жидких веществ клеткой — пиноцитоз (от греческого слова «пинео» — пыо). Оба эти процесса объединяются под общим названием эндоцитоз, куда включаются все процессы, связанные с поглощением веществ внутрь клетки, в отличие от выделения их из клетки — эктоцитоза.

отзывы (0)

Многое еще зависит и от устройства хватательно-жевательного аппарата животных. Так, например, белый носорог обладает укороченной мордой с режущей нижней и плоской верхней губами. Он идеально приспособлен к скашиванию травы. Черный носорог, напротив, предпочитает кустарник и деревья. Для поедания их его верхняя губа вытянута небольшим хоботком. У коровы хватательный аппарат устроен примерно, как и у белого носорога: он позволяет ей объедать траву, оставляя стебель нетронутым на длине 1-2 сантиметров от земли.
Разные виды носорогов, поделивших кормовые пространства по вертикали, никак не конкурируют. А вот овца уже серьезный конкурент корове. Она съедает весь стебель вплоть до корня; после нее крупному рогатому скоту на пастбище делать нечего. Что касается козы, то она не брезгует и корнями. Коза – животное ужасно вредное. Некоторые исследователи считают даже, что именно это смешное бородатое существо явилось причиной упадка античного земледелия. Правда, с этим можно спорить. Зато совершенно твердо установлено, что именно козы (в содружестве с ослами и кроликами) сожрали весь растительный покров Островов Зеленого мыса и превратили в пустыню страну, которая когда-то считалась раем земным.
Уничтожение растительности на пастбище приводит к уже знакомым нам последствиям: оголению земли, ухудшению ее структуры, уплотнению и распылению. Как результат – эрозия, появление оврагов, пыльные бури, наступление пустыни.
Сокращение и даже полное исчезновение пастбищ вынуждает переходить к стойловому содержанию скота и внедрять в животноводство средства механизации и автоматизации. Первой на этот путь встала густонаселенная Европа. Для свиней больших неприятностей этот метод не принес. Сейчас разработаны темные свинарники, где свет зажигается только на период кормления; остальное время – от своего рождения и до визита на мясокомбинат – свинья спит.

отзывы (0)

Рассмотрим главнейшие биохимические процессы клетки с позиций их взаимных регуляций.
Энергетический баланс. Основным источником энергии клетки являются митохондрии, где происходит синтез
АТФ при окислении субстратов в цепи переноса электронов,— окислительное фосфорилирование.
В живой клетке все процессы взаимосвязаны. Если бы образовавшаяся АТФ оставалась в митохондриях, то затормозились бы другие процессы, требующие для протекания реакции АТФ. АТФ используется клеткой для синтеза белка, мышечного сокращения и ряда других процессов, протекающих с затратой энергии. В результате этого происходит распад АТФ до АДФ и неорганического фосфата. Реакции, протекающие в живой клетке, способствуют увеличению концентрации АДФ, которая поступает внутрь митохондрий, чтобы не нарушался процесс фосфорилирования. Таким образом, в системе живой клетки скорость окисления субстрата будет зависеть от скорости использования АТФ в системе и скорости ее фосфорилирования. Сюда же следует включить скорости транспорта АТФ, АДФ и субстратов реакции через мембраны митохондрий. Таким образом, клетка может изменить скорость производства АТФ, сопровождающего окисление субстратов, чтобы удовлетворить изменяющуюся ее потребность в энергии. Соотношение АТФ и АДФ + ФП внутри клетки является основным фактором, регулирующим энергетический обмен.
В окислительном фосфорилпрованин есть еще одна лимитирующая стадия — дегидрогеназная реакция на пути поступления электронов в дыхательную цепь:
Эта реакция обратима, а, следовательно, она в известной мере зависит от концентрации реагирующих веществ. Таким образом, скорость поступления электронов в дыхательную цепь будет зависеть от соотношения окисленной и восстановленной форм кофермента НАДН. Если окисленная форма этого кофермента преобладает, то реакция дегидрирования АНг протекает в прямом направлении и накапливается восстановленный НАДН, который активно используется в цикле трикарбоновых кислот и в цикле окисления жирных кислот.

отзывы (0)

Наиболее перспективная для нашего юга система противоэрозионной организации территории разработана профессором Яковом Ивановичем Потапенко, жившим и работавшим в Новочеркасске (Ростовская область). Эта система направлена как против ветров, так и против водной эрозии.
Последние годы показали, что даже в тех района; где старые, отработанные еще В. Докучаевым методы защиты степных почв от ураганных ветров проводятся в жизнь наиболее последовательно и систематично, почвы все же страдают от эрозии. Засыпанные пылью весной 1969 года лесные полосы свидетельствовали, по мнению Я. Потапенко, что мы боремся не с причинами, а со следствиями ветровой эрозии. Истинной же причиной ее является то обстоятельство, что черноземная почва страдает от недостатка влаги. Сырую почву ветром не развеешь. Правда, он усиливает испаряемость, усиливает, следовательно, и высыхание земли. И все же, если почва покрыта растительностью и достаточно влажна, ей не страшен любой ураган, даже тот, который срывает крыши домов.
Черноземы способны полностью удержать все выпадающие в течение года осадки. Но мы не умеем еще задерживать на поверхности поля наиболее ценную, талую влагу, а весенне-летние дожди часто бывают скупы. II даже если чернозем хорошо промок, жаркое степное солнце и ветер приводят к тому, что испарение в зоне недостаточного увлажнения в 2-3 раза выше выпадающего количества осадков.
До сих пор с испарением боролись единственным способом: мелко и тщательно взрыхляли почву с поверхности, разрушая капиллярные промежутки, подтягивающие влагу из нижних слоев к верхним. Но именно такая лишенная растительного покрова почва (например, пар) наиболее подвержена разрушительному действию водной, а после высыхания и ветровой эрозии. Это первый крупный недостаток нашей степной системы земледелия.
Второй, как полагал Я. Потапенко, заключается в неправильном расположении лесополос. Мы уже говорили, что для защиты от ветра они не выход из положения. А между тем, закладывая лесополосы в направлении, перпендикулярном пути господствующих ветров, мы не считаемся с рельефом местности и часто располагаем их по склону. Такие полосы обычно развиваются слабо, так как талые воды, не задерживаясь, стекают вниз, вдоль полосы; иногда они даже способствуют образованию оврагов.

отзывы (0)

В условиях социалистического планового хозяйства проблема конъюнктуры снимается, но и здесь возникает вопрос вопросов: сегодня получили большой доход. А не повлечет ли это за собой снижение доходов завтра? Другими словами, прав ли все же Комов, полагавший, что «лучше с мало много»? А может быть, как раз, наоборот – «с многа мало»? Например, современное европейское земледелие следует заветам Комова. А американцы предпочитают снимать вдвое меньший урожай при меньших затратах, считая тем самым, что они не только получают достаточный доход, но еще и сберегают землю. Европейское земледелие очень интенсивное, «напичканное» удобрениями и машинами. Американское – более экстенсивное. Пока довольны и те и другие. А что покажет будущее? Как все же обстоит дело с землей? Какая система для ее будущего лучше?
Так что Тэер не столько решил, сколько поставил перед сельским хозяйством фундаментальнейший вопрос – что считать эффективностью, стоящей слева в формуле плодородия?
Впрочем, на этот вопрос можно все же с грехом пополам ответить. А вот на вопрос: что стоит справа – ответить куда труднее.
Справа стоит земля с ее многообразными, сложными и непрерывно меняющимися свойствами. Здесь же и человек с его машинами, агротехникой, удобрениями и химикалиями. Справа стоят и растения с их разнообразными требованиями и капризами.
Тэер, кстати, не пошел дальше Комова в оценке отношения растения к почве: для него все они тоже либо «хорошие», либо «плохие». Да и неудивительно: и Комов и Тэер были «гумусниками» – они полагали, что растения едят «тлен земной». Докопаться до различий в требовательности растений к питанию они никак не могли.
С развитием агрохимии кое-что прояснилось. Около середины XIX века установили, хотя и приближенно, что все растения, возделываемые человеком, можно разделить на три группы.
К первой отнесли зерновые. Оказалось, что эти культуры потребляют очень много азота и фосфора и мало – калия.

отзывы (0)

Любая частица первичного органического вещества последовательно проходит через кишечник огромного количества животных, прежде чем превратится в устойчивый перегной.
Да и не мудрено! Вот, например, сколько мелких животных обнаружили в почвах опытной станции в Ротамстеде англичане (в миллионах штук на 1 гектар в слое толщиной 22,5 сантиметра):
Общий вес перечисленных представителей почвенной фауны колеблется между 1,5 и 4 тоннами на каждом гектаре, что в несколько раз больше веса травоядных животных, приходящихся на ту же поверхность! И это без учета мышей, сусликов, кротов и прочих активно уничтожаемых вредителей, поголовье которых быстро сокращается. И без почвенной флоры. А последняя еще более многообразна. Одних бактерий в каждом кубическом сантиметре земли насчитывается несколько миллионов. Вместе с актиномицетами, водорослями и протозоа живые организмы этой группы дают еще те же 1,5-4 тонны на гектар. В общей сложности живая часть почвы (почвенная фауна и флора) составляет около одного процента пашни. Это очень много! Почва -
куда более перенаселенный материк, чем, скажем, гидросфера Земли; материк без солнца и света, темный мир, где властвуют свои законы, и идет такая же борьба за существование, как и на поверхности.
Биосфера червей и почвенных бактерий образует замкнутый равновесный мир. Основная часть жизни обитателей этого материка тратится на разложение трупов растений и животных, в процессе, которого они получают пищу и черпают энергию.
Конечным продуктом разложения органических веществ являются окислы элементов – вода, углекислота, азотная и серная кислоты. Все они необходимы для питания растений, и над их получением трудится колоссальная армия почвенных организмов.
Одним из важнейших продуктов, производимых этим огромным химическим комбинатом, являются растворимые нитраты, обеспечивающие растения азотом. Темпы их производства зависят от двух основных видов азотофиксирующих бактерий. Первые – аэробные – работают при наличии в почве кислорода. Вторые – анаэробные – напротив, его не переносят.

отзывы (0)

Богатство черноземов, недостаток влаги и нищета русского крестьянства заставляли русских агрономов с большой осторожностью относиться к плодосмену. Внимание исследователей было направлено на изучение
физических свойств почвы, ее отношение к воде и воздуху. Отсюда – вся русская школа почвоведения. Отсюда же и совершенно иной, нежели в Европе, подход к изучению севооборотов.
Для немцев главным всегда было – что забирает растение из почвы, не слишком богатой от природы и сильно истощенной тысячелетней культурой. Для русского же степняка основное: как влияет растение на физические свойства пашни, а пищи в ней хватит в избытке еще на тысячу лет!
Первым указал на значение физических свойств чернозема В. Докучаев. Его современник П. Костычев разработал стройную теорию процесса воссоздания структуры под покровом трав, а В. Вильяме на базе этой теории развил учение о травопольном севообороте. Рассуждал он примерно так.
За тысячи лет до наших дней люди уже пахали землю. Забрав за несколько лет с поля все, что можно, обнаруживали, что оно «выпахалось», и бросали его на произвол судьбы. Природа пустоты не терпит: поле немедленно зарастало бурьяном и другими однолетними сорняками. Через несколько лет они вытеснялись многолетними травами, а годков этак через 30-40 залежь, под пологом многолетних трав, всю покрытую седым ковылем, от девственной целины и отличить невозможно было.
Выпаханное поле структуры не имеет, с поверхности оно распылено, уплотнено, в нем нарушен водный и воздушный режимы. За 30-40 лет многолетние растения ремонтируют почву: каждый ее комочек оплетается
сеткой корней. Отмирая, корни увеличивают содержание склеивающего частицы перегноя и одновременно оставляют мелкие пустоты. Раздвигая почву, корни спрессовывают комочки в агрегаты.
Одним словом, если «западники» обратили внимание на то, что многолетние травы накапливают в почве запасы азотистой пищи, то В. Вильяме нашел, что они восстанавливают, ремонтируют структуру почвы. А о значении последней мы уже говорили.

отзывы (0)

Человек начал обрабатывать землю задолго до того, как задал себе вопрос: для чего он это делает? Философические размышления были,
по-видимому, чужды изобретателям мотыги, колеса и топора. Лишь через многие тысячелетия великий француз Руссо оглянется назад, на «общество дикарей», не умевших ковыряться в земле, и горестно воскликнет: «Человеческий род создан для того, чтобы вечно оставаться таким!.. Это состояние является настоящей юностью мира, и все его дальнейшее развитие представляет собой, по видимости, шаги к совершенствованию индивидуума, а на деле – к одряхлению рода».
Пройдет еще всего лишь 200 лет, и американский писатель-фантаст Ли Гардинг вложит в уста своего выдуманного героя, мистера Джонстона, робкую просьбу «чего-нибудь настоящего… Чего-нибудь такого, что бы не было сделано человеком. Что бы не было синтетическим. Вот и все. И не для того, чтобы взять это себе. Я хочу только посмотреть. Хочу убедиться в том, что оно существует… Вокруг себя, всюду и везде я вижу мир, созданный руками человека… Город, в котором мы живем, воздух, которым мы дышим, одежда, которую мы носим, даже пища, которую мы едим, – все это продукция нашей замечательной техники. Но ведь где-нибудь должно же быть хоть крошечное местечко, еще не попавшее в ненасытную утробу человеческого прогресса?.. Ну, что-нибудь такое, что сделано не человеком. Деревья* цветы…»
Поиски мистера Джонстона кончаются трагически: он погибает на искусственной лужайке, среди синтетических цветов и деревьев, погибает, поняв, что и само тело его тоже искусственное, что он «самый усовершенствованный образчик эволюции – результат развития кибернетики… разум, существующий независимо от своего синтетического тела…»
Преувеличение, скажете вы. Да. Конечно. Но ведь сама возможность такого мрачного прогноза будущего – следствие вполне реальных обстоятельств: человечество все больше изменяет природу, создавая своего рода искусственную среду обитания. Всего через 150-200 лет оно будет производить столько же энергии, сколько получает от Солнца. На Земле существенно потеплеет. Это следствие развития энергетики.

отзывы (0)