Основні напрямки наукових досліджень

Напрямки розвитку фундаментальних і прикладних досліджень у сучасному суспільстві формуються під впливом різноманітного і взаємопов'язаного комплексу факторів. Найважливішими з них є: внутрішня логіка наукового пізнання; практичні потреби розвитку виробничих сил; зворотний зв'язок між наукою і практикою.

Серед багатьох факторів варто виділити фактор відтворення науки. Він є найвпливовішим на формування пріоритетів наукових досліджень, розв'язання комплексних проблем, в тому числі і глобальних. В них можна виділити три аспекти: техніко- економічний, що пов'язаний з виснаженням природних ресурсів земної кулі; екологічний, що пов'язаний з біологічною рівновагою людини і живої природи; соціально-політичний. Навколо глобальних проблем зосереджуються фундаментальні дослідження в усіх розвинутих країнах світу. До цих проблем відносяться такі.

1. Забезпечення життєдіяльності суспільства. Воно включає безперервне економічне, що не загрожує економічній рівновазі, надходження традиційних енергоносіїв, пошук нових рішень в галузі ядерної енергетики. Сюди ж треба віднести удосконалення техніки і технології, яка трансформує і споживає енергію.

2. Забезпечення виробництва засобами праці шляхом удосконалення існуючих і створення нових технічних засобів для виробничої і невиробничої сфери. Характерною рисою сучасного технічного розвитку є зростаюча активна роль технології в структурі і взаємодії основних елементів виробництва. Наукові відкриття проникають у виробництво все частіше саме через технологію. Технологічні рішення стали провідними, вихідними при проектуванні виробництв. Вже стало очевидним, що саме технологія у поєднанні з технологічним і допоміжним обладнанням визначає характер і зміст праці.

3. Удосконалення традиційних і створення нових матеріалів при систематичному зменшенні матеріалоємкості суспільного виробництва. В сучасних умовах все гостріше відчутні проблеми матеріальних ресурсів внаслідок виснаження багатьох родовищ, а також використання родовищ з невеликим вмістом корисної речовини. У зв'язку з цим набуло неабиякого значення повне і комплексне використання корисних копалин, усіх компонентів природних ресурсів. Крім того, обсяги виробництва, стрімке поширення спектру виробів різного призначення обумовлюють підвищення вимог до технічних і якісних характеристик матеріальних ресурсів.

4. Забезпечення продовольством та іншими умовами життєдіяльності людей. Проблема продовольства сьогодні стала актуальною, в основному для країн, що розвиваються. Переважна більшість з них імпортує продовольчі товари. В перспективі продовольча проблема набуде глобального характеру і її розв'язання пов'язане з розвитком фундаментальних і прикладних досліджень.

5. Система інформаційної індустрії та зв'язку. Прогрес розподілу праці у промислово розвинених країнах стрімко і безперервно ускладнюється міжгалузевими, внутрішньогалузевими і внутрішньовиробничими зв'язками. Ця тенденція визначає ключове значення для розвитку виробництва, усієї життєдіяльності суспільства відповідно до оснащення його новітньою технікою системи комунікацій. Очевидно, що з прогресом людини і суспільства вимоги до засобів інформаційної індустрії будуть неухильно зростати. Такі вимоги диктуються, як індивідуальними потребами, так і різноманістю зв'язку.

Одним з центральних завдань для Західної Європи сьогодні, наприклад, є створення єдиного європейського радіотелефонного зв'язку. Нова система має забезпечити можливість використання одного апарата на всьому зв'язку від Мадрида і до Стокгольма. Натиском кнопки можна буде вести розмову з колегами Англії, Італії або Греції.

В Японії намагаються створити «розумні готелі», «розумні житла». Їх мешканці одержать можливість за сотні кілометрів від постійного проживання включати кондиціонери, наповнювати ванни тощо.

6. Система транспортних комунікацій. Вона охоплює комунікації наземні, підземні і трубопроводні, водні і повітряні. Ця система, як і система електричного зв'язку в розвинутих країнах, створена і функціонує. Але вона вимагає постійного удосконалення. Перш за все - це стосується збільшення пропускної здатності, підвищення економічності і надійності. Разом з інформаційною індустрією обидві системи є найважливішою складовою і характеристикою індустріальної потужності економіки.

7. Особливе місце в системі фундаментальних досліджень займають комплексні проблеми освоєння нових просторових сфер: Світового Океану, Космосу, глибин земної кори, важкодосяжних у кліматичному розумінні районів. Самостійною, до того ж особливої ваги, є проблема вивчення екологічних умов життєдіяльності людини.

Ми відмітили сім найбільш важливих проблем, що визначають напрямки розвитку фундаментальних наук. Ключова з них, як не важко помітити, є енергетична проблема. Спільний їх вплив на розвиток окремих наукових дисциплін чи галузей сучасної науки формує пріоритети. На них і концентруються зусилля фундаментальних і прикладних наук.

Якщо двадцяте століття було назване століттям матерії, двадцять перше століття, імовірно, треба позначити століттям життя. Досягнення в медицині і біології, а також прориви, що стали можливими завдяки поєднанню цих галузей з такими, як математика, фізика, хімія, матеріаловедення, інформатика, зараз вселяють надії на краще життя для всіх. Разом з тим, породжуючи безпрецендентні прогнози і очікування, прогрес біомедичних наук є одним з джерел розгубленості і збентеження кожного разу, коли піднімаються питання етики. Прогрес, що досягнутий у вивченні ДНК, включаючи розшифровку людського гена, відкриває можливість використання нових результатів у нетрадиційних сферах, не тільки в медицині, а і в біотехнології, сільському господарстві, аквакультурі, а також у промисловості. І хоча області застосування поширюються зараз все швидше, відповідні технології часто до цього не готові.

Тепер, коли нами виділено основні проблеми фундаментальних досліджень, давайте прослідкуємо, в яких напрямках вони реалізуються. Одразу ж відзначимо, що найважливішу роль у визначенні цілеспрямованої діяльності відіграє держава. Її характер обумовлює підпорядкування наукової діяльності в інтересах суспільства чи в антигромадських цілях. Особливо наочно це проявляється у військовій галузі. Держави продовжують узурпувати значну частину наукової діяльності великої кількості талановитих вчених. Військово-промисловий комплекс надав науці протиприродного для неї напрямку. В цьому неважко впевнитись з щоденних повідомлень преси, радіо, телебачення, з повсякденного життя планети.

Сучасна статистика ресурсного забезпечення науки дає можливість зпрогнозувати міждисциплінарні пропорції фінансування (державою) фундаментальних досліджень, спираючись на досвід розвинутих країн. Ці країни показують приклад забезпечення науки фінансами, виділяючи на їх розвиток порівняно значні суми з державного бюджету. Причому, пропорції витрат постійно переглядаються в бік їх збільшення.

У США, наприклад, за три десятиліття було зроблено помітний ухил на перебудову міждиспиплінарних пропорцій і висунення на перше місце серед них наукового напрямку «наука про життя». Ця галузь включає в себе біологію, медицину, сільськогосподарські науки. Врешті-решт напрямок зорієнтовано на збереження «якості життя» і підтримку процесу відтворення кваліфікованої робочої сили. Правда, збільшено виділення коштів на розвиток математики і обчислювальної техніки, технічних наук.

Що ж собою являє поняття «якість життя», на підвишення якої у США за 80-і роки збільшили асигнування більш ніж у півтора рази?

Французький соціолог Ж. Фрадьє «якість життя» визначає як сукупність відношень, що пов'язують індивіда, суспільство і природне середовище таким чином, щоб кожний з цих елементів мав властиві йому характер і потреби. Високу якість життя неможливо досягти, якщо не враховувати стан екосистеми людини і суспільних відносин, котрі вона в процесі виробничої і науково-технічної діяльності має сама формувати для свого власного проживання.

Безперечно, проблема якості життя і захисту навколишнього середовища по різному оцінюється для різних країн. 0дна справа - індустріально розвинуті країни, де внаслідок НТР сталися зміни у біосфері. Інша - країни, де головне питання - забезпечення основних умов існування людей. Адже є регіони екологічно чисті, але там тиняються голодні без притулку. Наскільки ця проблема актуальна для сучасного світу, показують такі дані. Щорічно на планеті від голоду вмирає, як вже згадувалось, близько 50 млн. чоловік. Майже половина з них - діти. Тривалість життя в розвинутих країнах на середину 80-х років була на 16 років більше, ніж у країнах, які віднесено до тих, що розвиваються. Вона зросла з 45 років у 1960 р. до 60 у 1985 р. У розвинутих країнах тривалість життя за цей період зросла з 70 до 76 років.

Спробуємо тепер розглянути деякі напрямки прикладних досліджень, розробки і оновлення техніки з проблемами, про які ми щойно вели розмову. Цільове призначення прикладних досліджень, науково-дослідниих і дослідно-конструкторських робіт цього напрямку обумовлене станом економіки, гострою конкурентною боротьбою на ринках постачання, а також наявністю зареєстрованих науково-технічних ідей, технологічних принципів. Такий підхід і визначає, що прикладні дослідження і дослідно-конструкторські розробки практично в усіх розвинених країнах фінансуються і виконуються, як правило, приватними фірмами і науковими організаціями. Характерним є те, що в умовах великих темпів економічного зростання прикладні дослідження орієнтуються на створення нових виробів і нових технологій. Разом з тим зменшується частина витрат на удосконалення продукції.

Така тенденція, імовірно, буде зберігатись і надалі. Вона диктується ринком і потребами людини.

У зв'язку з усім тим, що викладено, давайте прослідкуємо, які ж перспективи і особливості розвитку НТП цивілізованих країн. У прогнозах спеціалістів виділяється два аспекти проблеми науково- технічного розвитку. Перший. Він супроводжується впровадженням науково-технічних досягнень в короткі терміни. І другий. Цей аспект має довгостроковий характер. У господарській практиці обидва аспекти проявляються вже сьогодні.

Короткостроковий аспект у прогнозах передбачає впровадження технологій, що дають можливість більш економно витрачати відомі види сировини і підвищувати ефективність використання енергоресурсів. До них треба віднести технології, які використовують низькосортну сировину, розраховані на видобуток копалин у важкодоступних місцях і утилізацію відходів.

Обмежимось одним прикладом. Міське сміття - це побутові відходи. У деяких країнах Заходу проблема їх переробки вирішена успішно. Технологічний процес полягає в тому, щоб на конвеєрі відібрати все з відходів для можливого їх використання: прилади з кольоровими металами, апаратуру - телевізори і телефонні апарати тощо. Решта потрапляє в подрібнювач. Сталеві жорна перетворюють шматки дерева, шкіри в кучу сміття. Воно надходить у «біологічну» піч. При температурі 170°С починається процес розкладання сировини. Тут, як це прийнято в біотехнології, використовується послід з птахофабрик, різний мул, фекалії - тобто на промисловому рівні відтворюються всі ті процеси, які проходять у природних умовах в концентрованому вигляді. Через шість днів, а не через мільйони років, тут отримують органічний компост. Його одразу ж можна використовувати як добриво в теплицях. Творці технології потягли ланцюжок далі і створили штучний грунт.

До проблем другого аспекту, розв'язання яких можливе в більш далекій перспективі, потрібно віднести такі.

1. Промислове освоєння принципово нових джерел енергії і способів її передачі та трансформації. Актуальність посилюється тим, що традиційні джерела енергії не тільки виснажені. Вони стали головною причиною, що супроводжує нашу Планету до межі екологічної катастрофи.

2. Широке розповсюдження штучних матеріалів і синтетичної сировини.

3. Принпипово нова ступінь автоматизації виробничих процесів. Розвиток мікроелектроніки відкрив нові перспективи використання ЕОМ. Мікрокомп'ютери, що вмонтовані в різні технічні обладнання, стають наче б то мозком і нервовою системою і якісно перетворюють виробництво. Внаслідок контролю таких виробництв комп'ютерами забезпечуються оптимальні режими їх роботи: оптимальні витрати енергоресурсів, належна продуктивність праці, зменшуються ризики аварій.

4. Безвідходне використання сировини.

5. Створення технологій замкненого типу, що є безпечними з екологічної точки зору.

На таких напрямках були зосереджені основні зусилля вчених в останні десятиліття другого тисячоліття. Вони ж стали в центрі уваги науковців на початку ХХІ ст.

БІОТЕХНОЛОГІЯ

Проблеми ресурсного забезпечення людства

У досягненні високої якості життя і розв'язанні проблем людства глобального плану, які ми відзначили через основні напрямки фундаментальних і прикладних досліджень, надзвичайно велику роль відіграє біотехнологія. Однозначно дати вичерпне визначення цього нового напрямку НТР важко. Його розвиток вимагає великого проміжку часу. Він пов'язаний з подоланням «психологічних бар'єрів» - недовір'я, сумнівів і коливань, так само, як це спостерігалось у ставленні в свій час до мікробіологічної промисловості.

Труднощі, про які ми згадували при розгляді історії розвитку генетики, стали гальмом у розвитку і біотехнології. Докорінні зрушення у біологічній науці були б неможливі без успіхів у розробці інструментальних методів дослідження, заснованих на використанні найдосконаліших приладів. Останні, в свою чергу, базуються на новітніх досягненнях фізики. Тому сам факт виникнення і розвитку біотехнології у першій половині двадцятого століття не є випадковим. Це є закономірним наслідком поступового розвитку НТП в цілому.

Сучасна біотехнологія проявляє себе двояко. Вона поєднує в собі сферу наукової і промислової діяльності. Характерно, що кожна з них стимулює розвиток одна одної. Таким стимулюванням визначається їх спрямованість не тільки на розв' язання поточних проблем, але і на віддалену перспективу. І все ж, лідерство у цьому взаємозбагаченні належить фундаментальній науці, її випереджаючому розвитку. Сучасна біотехнологія є великою галуззю. Вона поєднує в собі звичайні і молекулярні методики. Широко використовується в охороні здоров'я, намічається її розповсюдження використання у сільському господарстві, промисловості, енергетиці, екології і освоєнні космосу.

Промислова біотехнологія, основу якої, наприклад, складає широке застосування мікроорганізмів - гамма бактерій, клітин, грибів, дріжджів - це всього десятий відсоток проценту від загальної кількості відомих біологічній науці. За їх допомогою вона здатна не лише виробляти нову продукцію. Спираючись на хімічну технологію, вона може стати, а дуже часто і стверджує себе як засіб технічного переозброєння переважної більшості сфер матеріального виробництва.

Генетична, клітинна, білкова інженерія та інженерна ензімологія (метод хімічної модифікації ферментів, їх іммобілізація) - це головні галузі і методи біотехнології, котрі сьогодні визначають результативність практично всіх згаданих раніше напрямків НТП. Але розмову поведемо тільки навколо окремих з них, а саме тих, які вимушують суспільство надавати їм пріоритетного розвитку. Таке визначення зроблено тому, що досягнення сучасної біотехнології різні і значущі у багатьох галузях. Прогнозувати можливі напрямки її подальшого розвитку завдання не з легких. Пророкувати можна тільки ті, які можуть вже сьогодні давати відчутну вигоду.

Неперевершене значення біотехнології в тому, що вона, будучи багатогранною, відкриває нові шляхи розв'язання глобальних проблем. Серед них такі, як обмеженість і реальне виснаження традиційних джерел сировини, енергії, харчових ресурсів і, нарешті, забруднення навколишнього середовища. Технологічне використання досягнень біологічних наук у промисловості вже на етапі НТР знаменує собою становлення принпипово нового напрямку НТП - біологізації суспільного виробництва. До цього досягнення біологічних наук розповсюдились у сільському господарстві i медицині. В останній чверті двадцятого столітгя слідом за фізикою і хімією біологія перетворилась у «матір виробництва». Світовий досвід засвідчує, що біотехнологія і біологізація суспільного виробництва перебувають на початку бурхливої стадії становлення і розвитку.

Ідея створення індустрії мікробіологічного синтезу ще у двадцятому столітті здавалась незбутньою мрією. Мрія перетворилась в індустріальне виробництво білка, амінокислот, вітамінів, ферментів, антибіотиків. За допомогою найдрібніших істот-мікробів людина створює ці багатства. Вона навчилась вирощувати штучні родовища заліза, марганцю, сірки, будівельних матеріалів. Вже є плани створення ділянок в океані і заселення їх мікрорганізмами-концентраторами. Вони і будуть постачати людину рідкими елементами. Спеціалісти в галузі біотехнології передбачали, що на початку ХХІ ст. третина всіх енергоємних хімічних процесів може бути замінена відповідними біотехнологічними.

Біотехнології відкривають шлях до неосяжного їх використання для вирішення гострих і болючих проблем сучасності. Коли ми говоримо про наукове і господарське освоєння океанів, то обов'язково враховуємо своєрідність фізичних і хімічних властивостей їх величезної водної маси. Водний простір Планети займає 70% поверхні земної кулі (362 млн. квадратних кілометрів). У морях і океанах об'єм води дорівнюе 1370 млн. кубічних кілометрів. Чи завжди ми уявляємо цю величину? Мабуть було б правильніше нашу планету називати не "планета Земля", а "планета Океан".

Величезна поверхня і об'єм водної маси океану, його геологічна древність, складність і відносна постійність хімічного складу води, що накопичувалась мільярди років, - усе це робить океан потужним стабілізатором і регулятором багатьох процесів. Ці процеси, в свою чергу, мають глобальне значення. Вони, в основному, визначаються особливостями водної маси, а саме: великим об'ємом, перемішуваністю, теплоємністю, ідеальною здатністю розчиняти різні хімічні сполучення, наявністю в ній солей, насиченістю її життям, рештками і продуктами життєдіяльності живих організмів. Усі процеси і явища у Світовому Океані взаємпов'язані і взаємообумовлені - і сейсмічні, i акустичні, i оптичні явища, і формування відкладень, і хімічні реакції, що проходять в тісному зв'язку його з рослинним і тваринним світом.

Зробимо порівняння. Потужність родючого грунтового шару суші дуже невелика - в середньому не більше 0,5-1 м. В морях і океанах поверхову зону, що населена рослинами, визначають приблизно у 100-200 м. Можна вважати, що об'єм грунтів земної кулі, що виробляють зелену рослинну масу, у тисячу разів менший, ніж виробнича товща гідросфери. А якщо до цього додати, що морські рослини майже повністю складаються з «благородних» металів, то різниця стане ще більшою. Річна продукція донних організмів у прибережній смузі морів і океанів помірних зон часто досягає 1000-1500 центнерів з гектара. У водному середовищі безперервно йде процес руйнування і створення нових організмів. Планктонні водорості також можуть давати з одного гектара поверхні моря декілька центнерів щорічно.

Отже, Світовий Океан - це справжня величезна комора білкових речовин у вигляді різних морепродуктів. Більше того, його багатства складають такі корисні копалини, як нафта, газ, кам'яне вугілля, фосфористі, руди кольорових металів, алмази та ін. Нові технічні можливості періоду НТР створили сприятливі умови для видобутку величезних ресурсів Світового Океану. Де ж, в якому напрямку зосередити зусилля науки і промисловості, щоб найбільш ефективно використати ці ресурси?