Биотехнология

Достаточно велики перспективы биотехнологии в  плане разработки возобновляемых источников энергии - различных видов так  называемого биотоплива. Соответствующая  область биотехнологии получила название технологической биоэнергетики. Использование биотехнологических продуктов в роли возобновляемого топлива будет способствовать разработке безотходных циклических производственных процессов. Ниже указаны наиболее важные из процессов получения био-топлива:  

(1) Производство этанола (этилового, или винного спирта) из сырья, содержащего сахарозу, глюкозу, фруктозу, другие моно- или олигосахариды, крахмал или целлюлозу, с помощью дрожжей или бактерий.. В настоящее время этанол все в большей мере применяется в качестве экологически чистого моторного топлива. Бензин с добавкой 10-20% этанола называется газохолом.  

(2) Производство  бутанола и ацетона с использованием  бактерий-бродильщиков рода Clostridia.  

(3) Производство  водорода. Данная технология была  испытана пока только в масштабе лаборатории.  

(4) Производство  метана, или биогаза, осуществляемое  смешанной микробной культурой  - так называемой метаногенной  ассоциацией. Она устраняет отходы, угрожающие биосу, и производит  ценное газообразное топливо,  заменитель природного газа. Предложены различные технологические схемы реализации данного процесса - от простой ямы, наполняемой мусором или навозом, до сложных биореакторов, снабженных сенсорами и функционирующих на основе иммобилизованных клеток.  

(5) Производство  длинноцепочечных углеводородов (бионефти) из биомассы морских одноклеточных водорослей. Эти водоросли могут быть выращены в биореакторе в виде чистой культуры. Их можно также культивировать в составе природных экосистем в озерах, прудах или лагунах  

(6) Различные методы производства топлива из растительной биомассы, которые, как можно надеяться, постепенно вытеснят грубый метод сжигания древесины, все еще практикуемый в менее развитых странах. Ценное топливо с высокой удельной теплотой сгорания может производиться из растительных масел посредством их этерификации. Помимо этого, природные растительные масла могут использоваться без дальнейшей обработки в качестве моторного топлива. Например, растение Jatropha curcas, растущее на побережье Индийского океана, содержит значительное количество горючего масла в семенах. Это масло не дорого, легко извлекается из семян и его крупномасштабное применение в качестве карбюраторного масла помогло бы избавить население некоторых регионов от проблем, связанных с энергодефицитом.  

(7) Прямое производство  электроэнергии с помощью живых  клеток или их компонентов,  в первую очередь, ферментов.  Ожидается, что эти системы,  называемые биотопливными ячейками, будут сравнимы по эффективности  с полупроводниковыми устройствами.  

Биотехнология и философское содержание биополитики. Биополитика опирается на парадигму натурализма ("человек - часть биоса"), с которой тесно связаны установка на коэволюцию человека с другими формами жизни и биоцентрическое мировоззрение (см. раздел 2). Биотехнология фактически связана с этими философскими сторонами биополитики. Уже в предшествующем подразделе, говоря о роли биотехнологии в конкретных биополитических проблемах (biopolicy), мы видели, что многие биотехнологические разработки весьма нагружены философскими идеями.  

Биотехнология внутренне неоднородна. В ней  заметно влияние механистического (физикалистского, редукционистского) подхода и связанных с ним  исследовательских направлений - физико-химической биологии, молекулярной биологии, которые  стремятся "разобрать", анатомировать живые организмы до уровня простейших "кирпичиков" - молекул. Живое рассматривается как средство производства в ряду всех прочих средств; например, при биологической трансформации органических соединений микроорганизмам отводят роль химических реагентов. Оно уподобляется набору деталей, которые можно свободно рекомбинировать ради практических задач, связанных с получением тех или иных продуктов - новых товаров на рынке. Живое редуцируется до физико-химической машины не только концептуально, но и технологически: живые клетки (или их составные части) функционируют как аналоги химических реактивов, датчиков и даже магнитов, ибо одна из разработок посвящена использованию бактерий, несущих в себе частицы намагниченного железа. Напомним в этой связи, что сама тенденция к практическому использованию исследуемых объектов не была чужда классической науке уже на заре ее истории. В отличие от натурфилософии, классическая наука не придерживалась созерцательной установки по отношению к познаваемому, и уже Ф. Бэкон как один из ее основателей подагал, что господство человека над вещами "целиком зависит от искусств и наук".  

Одним из новых  факторов, способствовавших технократической тенденции в науке ХХ века, было нарастающее проникновение в  науку политических интересов, прямое влияние на нее политических структур (политизация науки в целом и биологии в частности). Биотехнология оказалась с самого начала в зоне "повышенного внимания" политиков, которые вмешиваются в научную деятельность, стимулируя лишь "полезные исследования" (с их точки зрения). Биотехнология связана с рядом важных - во многом биополитических - проблем современности (охрана природы, интимная жизнь, семья)103, и это обусловливает также контакты биотехнологов с неправительственными организациями, в том числе международными (ЮНЕСКО, ЮНЕП, ЮНИДО, ФАО, ВОЗ и т.д.). 

Биотехнология физико-химического толка делает весьма значительные успехи, они неоспоримы, и если биотехнологические лекарства  облегчили страдания больных, а  биотехнологические пищевые компоненты помогли утолить голод хоть части тех, кто на него обречен - то биотехнология оправдывает себя, даже если опирается на редукционную методологию. Обусловленное реальными успехами и еще большими ожиданиями усиление политического веса биотехнологии укрепляет желание биотехнологов "продолжать в том же духе", в том числе перекраивать наследственность живых существ путем генетических манипуляций.  

Однако вовлеченность  биотехнологии в перипетии социально-политической жизни влияет на нее неоднозначно. Новые политические и этические доктрины современности способствуют зарождению в биотехнологии альтернативных направлений, обогащенных элементами возрожденной натурфилософии. Кроме общей социально-политической ситуации на рубеже веков, к преодолению доминирования редукционизма в биотехнологии в некоторых случаях приводит и внутренняя научная необходимость. Сама логика поведения объекта подсказывает сколь-нибудь наблюдательному ученому, что этот объект бесполезно пытаться понять по аналогии с физико-химической машиной. В разработках по культивированию микроорганизмов в биореакторах, например, ученый просто вынужден считаться с тем, что классические физико-химические модели не годятся для описания динамики роста культуры, накопления ценного для человека продукта. Поэтому в современную биотехнологию внедряют нелинейные модели, представления о сильно неравновесных системах, дающих диссипативные структуры ("порядок из хаоса"). Этому в немалой степени способствуют микробиологи, увлеченные синергетическими подходами, которые они применяют для описания организации микробных колоний. Но и синергетики оказывается недостаточно - живой организм более сложен, чем синергетическая система как таковая (которая может состоять из неживых элементов, например, молекул в системе "химических часов" Жаботинского).  

По этой причине  биотехнологи пытаются применять модели социоморфного104 толка: теория игр, теория принятия решений, а также кибернетические  модели. Развитие микробной популяции, например, уподобляется деятельности предприятия. Ученый практической ориентации, менеджер, а также капиталист-спонсор, совместно реализуя биотехнологическую разработку, уподобляют живые клетки самим себе. Поэтому в биотехнологии применяют "управленческие" подходы типа "регуляторной стратегии поведения". Реакции микроорганизмов представляются как разумная инвестиция клеточных ресурсов в синтез различных ключевых белков, в соответствии с оптимальной регуляторной стратегией. В последние десятилетия в биотехнологии начинают применяться и категории социальной этологии. К одноклеточным биотехнологическим объектам прилагают понятия "агрессии", "кооперации", а процессы в биореакторах описывают как "био-войны" между населяющими их микробными популяциями. Так в биотехнологические разработки проникает многое из того, что описано нами выше в связи с этологическими гранями биополитики. Справедливость требует подчеркнуть, что социоморфный и, в частности, социально-поведенческий, подход пока еще далеки от доминирования в биотехнологии. Эти подходы сами по себе нельзя еще назвать натурфилофскими, хотя они как бы приближают нас к натурфилософии, делая более проницаемым барьер между человеком и обществом, с одной стороны, и популяциями живых клеток в биотехнологическом аппарате - с другой.  

Есть в современной  биотехнологии и разработки, где влияние возрожденной натурфилософии непосредственно ощутимо. Некоторые подобные примеры фактически приведены выше в связи с обсуждением роли биотехнологии в области biopolicy. 

* Восточные технологии. Хотя очень многие биотехнологические разработки следуют традициям западной цивилизации, в целом биотехнология - это не чисто западное порождение, она связана с контактом разных культур. В биотехнологию внедрены (и реально используются в странах Eвропы) восточные, тысячелетиями практиковавшиеся технологии, как например выращивание водорослей в прудах, издавна практиковавшееся в Китае. Другие примеры (мисо, кодзи и др.) приводились выше, в связи с миссией биотехнологии по преодолению глобальной угрозы голода. Хотя подобные разработки переосмысливаются с позиций западной науки, они сохраняют внутреннюю связь с попродившей их культурой, в том числе и с ее натурфилософскими идеями. Важной особенностью многих восточных культур является стремление не покорять природу, а следовать ее внутреннему голосу. И если И.В. Мичурин призывал не ждать милостей от природы, а взять их, то на Востоке традиционно ждали от природы именно благорасположения, воздерживались от насилия по отношению к ней, от интенсификации темпов ее жизни ради собственных интересов. Поэтому столь просты, естественны, экстенсивны (и, что немаловажно, экономичны) многие восточные технологии, например, китайская аквакультура. Если на страницах европейских журналов биотехнологи из утилитарных соображений дискутируют о том, использовать ли живые или мертвые клетки в иммобилизованном виде в качестве биокатализаторов, то восточная натурфилософия и следующие ей технологии учитывают целостность, одушевленность многоуровневой жизни, вплоть до высших (экосистемных) этажей ее интеграции. Разведение водорослей в прудах - это именно экосистемная биотехнолоогия, ибо в пруду имеется экосистема с ассоциацией водорослей как ее компонентом. В целом вклад восточных культур в биотехнологию не является доминирующим, но он вполне реален и во многом определяет так называемую малую, или дешевую, биотехнологию, которую предполагается внедрить как раз в странах Третьего мира. Отметим, что концептуальная гетерогенность современной биотехнологии, преобладание в ней междисциплинарного, проблемного подхода в той или иной мере оборачивается тенденцией к единству различных наук и областей знания (пусть в рамках частного проекта), а единство наук о мире - органическая черта восточной культуры, противостоящая множественности областей знания в европейской классической науке. В связи с ролью контакта культур в биотехнологии симптоматично, что биотехнологические достигли весьма продвинутой стадии в Японии - стране, которой знакома и мудрость Востока, и достижения западной науки. В ряде разработок на передовые позиции в мире выходит Китай.  

* Экосистемная  биотехнология. Это направление  используется не только в разработках  на базе восточных технологий. В отличие от генетической  инженерии, экосистемная биотехнология  не конструирует новые организмы,  а устанавливает новые социальные, поведенческие связи между организмами, формируя многовидовые ассоциации и целые экосистемы. В ассоциациях/экосистемах организмы осуществляют процессы, неосуществимые для каждого биологического вида по отдельности. Например, дрожжи не способны превращать целлюлозу, основной компонент древесины, в этиловый спирт. Можно попытаться внедрить в дрожжевую клетку недостающие гены, манипулируя с ее ДНК, однако тот же результат может быть получен и без генетической инженерии, путем создания ассоциации дрожжей и целлюлозоразрушающих бактерий. Экосистемная биотехнология весьма перспективна в разработках по получению возобновляемого био-топлива. При получении биогаза из органических отходов и мусора (дешевая технология с двойным полезным эффектом: получение топлива и предотвращение загрязнения среды) необходимо создать многокомпонентную ассоциацию микроорганизмов, поскольку ни одна бактерия не способна осуществить все этапы процесса сама по себе. Превращение отходов в биогаз - составная часть разработок по созданию искусственных экосистем, обеспечивающих практически безотходное производство. В Бельгии зеленую водоросль Hydrodictyon reticulatum выращивали в водоемах, в составе целой экосистемы, куда входили также ряска, брюхоногие моллюски и другие организмы. Биомасса водорослей частично применялась для получения красителей, косметических средств, кормовых препаратов для кур и рыб, а частично превращалась в биогаз. Для получения биогаза миробная ассоциация перерабатывала также куриный помет, т. е. достигалась частичная замкнутость экосистемы по веществу - отходы служили вторичным сырьем. В русле экосистемной биотехнологии находятся также проекты по созданию интегральных систем экологической защиты растений, в которых достигается устойчивый баланс численности всех компонентов, даже вредителей (см. выше, 7.2.2.). Шагом в направлении экосистемной биотехнологии следует считать также и органичение в сельскохозяйственном применении монокультур (плантаций растений одного вида и сорта). Смешанное выращивание растений создает дополнительный резерв устойчивости всей системы. Для защиты растений от вредителей планируют также установить их сожительство с бактериями, которые снабжают растения питательными веществами и факторами роста, вырабатывают антибиотики, защищающие растения от болезнетворных грибков или бактерий. В целом, экосистемная биотехнология находится в большем соответствии с биоцентрическими и коэволюционными идеями, чем более распространенная "генноинженерная" биотехнология.