Биотехнологические основы высоких технологий

Современная биотехнология развивается настолько динамично, что пока невозможно разработать единую классификацию ее компонентов. Лишь в самом грубом приближении (по аналогии с промышленными небиологическими технологиями) можно выделить следующие типы технологий: технологии низкого и высокого уровня, экстенсивные и интенсивные, безотходные, безопасные, ресурсо- и энергосберегающие, трудоемкие, наукоемкие, прорывные. Современные биотехнологии различных направлений и различных уровней неразрывно связаны между собой в единую научно-производственную систему.

Технологии низкого уровня — это технологии традиционные, в известной мере устаревшие. К таковым относятся технологии биологической очистки сточных вод, получения биотоплива, некоторые виды микробиологического синтеза. Они характеризуются низкой наукоемкостью, т. е. базируются на использовании рабочих систем, полученных методами традиционной селекции. Такие технологии широко используются в традиционном сельскохозяйственном производстве, в частности в растениеводстве.

Технологии низкого уровня с минимальными затратами материальных ресурсов, энергии и человеческого труда называют экстенсивными (например, повышение плодородия почв путем вывоза на поля навоза и торфа, запашки пожнивных остатков и/или сидератов — специально выращенных бобовых растений). Подобные технологии показали свою неэффективность уже в первой половине XX столетия. Так, при их применении продуктивность агроэкосистем мало отличается от продуктивности природных экосистем, что компенсируется расширением площадей сельскохозяйственных угодий: вырубаются леса (древесина используется на топливо, для производства бумаги), распахиваются степи. Вырубка лесов и распашка степей неизбежно сопровождаются эрозией почв, оскудением водных ресурсов.

Более эффективны интенсивные технологии низкого уровня, и в первую очередь технологии внедрения новых сортов растений, пород животных и штаммов микроорганизмов. Качество сортов (пород, штаммов) определяется их повышенной продуктивностью при увеличении затрат человеческого труда, сырьевых и энергетических ресурсов, все более активном внедрении средств механизации, автоматизации и химизации.

Распространение подобных технологий характерно для второй половины XX в. Так, в Великобритании в период с

1950 по 1980 г. удалось увеличить урожайность зерновых в два раза (по 50 % прироста получено соответственно за счет внедрения новых интенсивных сортов и за счет увеличения затрат сырьевых и энергетических ресурсов). В настоящее время в экономически развитых странах на производство одной пищевой калории затрачивается пять — семь калорий ископаемого топлива.

Однако в результате применения интенсивных технологий низкого уровня многократно усиливается локальная нагрузка на природные экосистемы, происходит механическая эрозия почв, возрастает загрязненность их минеральными удобрениями и средствами защиты растений. Увеличивается и глобальная нагрузка на биосферу, в первую очередь за счет выбросов углекислого газа: количество С02, образующегося при сжигании ископаемого топлива, в несколько раз больше, чем количество С02, ассимилирующегося в ходе фотосинтеза в агроэкосистемах. Одним из самых существенных недостатков интенсивных технологий является резкое снижение качества продукции (такую продукцию часто называют экологически грязной).

Уже в 1970-е гг. стало ясно, что использование технологий низкого уровня — это тупиковый путь. Выходом из него стало использование прорывных технологий, базирующихся на самых современных достижениях науки и техники. В свое время таковыми стали технологии микробиологического синтеза (например, получение антибиотиков), технологии клеточной инженерии (например, гибридизация соматических клеток и клонирование организмов), технологии генетической инженерии (например, получение векторов переноса ДНК и создание трансгенных организмов).

Прорывные, принципиально новые технологии могут быть опасны для человека и окружающей среды, поскольку последствия их применения непредсказуемы. Внедрение прорывных технологий, как правило, сопровождается появлением новых видов продуктов и новых видов отходов. Любой новый пищевой или промышленный продукт должен проходить всестороннюю проверку на аллергенность, кан- церогенность и мутагенность, на совместимость с другими продуктами, на безопасность для окружающей среды и т. д.

На основе прорывных технологий создаются биотехнологии высокого уровня (или просто высокие биотехнологии). В противоположность технологиям низкого уровня, высокие биотехнологии характеризуются высокой наукоем- костью, т. е. использованием систем, полученных самыми современными методами генетики, микробиологии, цитологии, экологии, молекулярной биологии. Материалы, применяемые в высоких биотехнологиях, часто нуждаются в специальной подготовке. Все это требует специального технологического оборудования и высококвалифицированных специалистов, а на современном этапе — автоматизации и компьютеризации производства. Такие технологии используют в сельскохозяйственном производстве, здравоохранении, в различных областях науки, при планировании и проведении природоохранных мероприятий.

Высокие биотехнологии также подразделяют на экстенсивные и интенсивные. Экстенсивные высокие биотехнологии характеризуются относительно низкими затратами сырьевых и энергетических ресурсов. К технологиям подобного типа относится большинство микробиологических производств, технологических процессов по подготовке и переработке промышленного сырья, а также часть производства продукции на основе тканево-клеточных культур. Эти технологии частично интенсифицируются за счет компьютеризации производства.

Интенсивные высокие биотехнологии (в противоположность экстенсивным) реализуются с привлечением специалистов высочайшей квалификации, с использованием уникального оборудования и самых современных материалов. Эти биотехнологии применяют в медицине, а также для создания организмов с заранее заданными свойствами. Нужно отметить, что интенсификация высоких технологий, в отличие от интенсификации технологий низкого уровня, заключается в повышении качества ресурсного и информационного обеспечения.

Технологии разных уровней неразрывно связаны между собой: с одной стороны, высокие технологии базируются на технологиях низкого уровня, для их осуществления требуется определенный ресурсный, энергетический и информационный фундамент, с другой — достижения высоких технологий используются на низших уровнях биотехнологических производств.

Высокие технологии представляют собой величайшее достижение человеческого разума. Однако по ряду параметров они не только не превосходят технологии низкого уровня, но даже и уступают им. В частности, высокие технологии требуют все больших вложений всех видов ресурсов, они не решают проблемы получения экологически чистой продукции, а само биотехнологическое производство может представлять угрозу для человека и окружающей среды.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >