Харлампий Тирас

Как воспитать начинающего биолога, чтобы он почувствовал прелесть и красоту живой природы, интерес к ее изучению, ответственность за эту красоту, научился осторожно и деликатно обращаться с животными, не повреждая и не причиняя им неудобств и страданий своими неумелыми действиями? Где та грань, которую нельзя переступить в школе, но уже можно осторожно преодолевать на начальных курсах обучения в биологических и медицинских институтах? Ведь истинного биолога не воспитаешь по книжкам (и даже по компакт-дискам), хотя сегодня уже есть замечательные познавательные диски – такие, как, например, "Виртуальная мышь" или "Виртуальная лягушка". Весь этот клубок проблем решается в рамках новой науки – биоэтики, Наука эта бурно развивается за рубежом, что прямо отражает уровень интереса гражданского общества в разных странах к своему моральному (а следовательно, и физическому) здоровью. Мы здесь делаем первые шаги: недавно вышел первый учебник "Основы биоэтики", формируются первые курсы по биоэтике, завершается процедура принятия Федеральным собранием РФ первого закона о биоэтике. Наш проект содержит возможный подход к решению этой задачи. Мы предлагаем поселить в школе простых, неприхотливых и очень интересных животных, которые называются планарии.
Всевозможные эксперты дружно называют грядущий XXI век веком биотехнологии. Как же сегодняшней школе готовить будущих студентов-биологов, когда все школьники спят и видят себя за экранами компьютеров, Интернет стал самым популярным термином среди тинейджеров? Оказывается, эти "несовместные" вещи можно легко совместить, причем полученный гибрид, как истинное дитя здоровых родителей, дает прекрасные плоды, легко применимые в различных областях культуры – от прикладной экологии до компьютерных виртуальных учебников. Далее в статье речь пойдет о проекте школьного биокомпьютерного центра (БКЦ).
Вкратце, метод компьютерной морфометрии позволяет на одной и той же группе линейных животных в стандартных условиях проводить регистрацию процесса роста и регенерации в режиме реального времени. Компьютерная система включает в себя простой бинокулярный микроскоп, видеокамеру, жестко прикрепленную к одному из его окуляров, плату "видеограббер" и компьютер с конфигурацией класса 486 PC AT. Для школьного БКЦ комплекс можно упростить, если получать изображения животных с помощью простого фотоаппарата и дальше анализировать негативы через сканер или с помощью дигитайзера. 04_01.jpg Первичным результатом становится высококачественное (и высокоточное!) изображение планарий на разных стадиях регенерации, которое легко может быть обработано с помощью различных прикладных пакетов программ для анализа изображений. При этом суммарная ошибка метода составляет всего 5-6%. Таким образом, компьютерные технологии прямо и по существу задействованы в биологическом эксперименте. Принципиально важно, что весь этот биокомпьютерный "хай-тек" объективно более доступен сегодняшним школьникам, нежели зрелым ученым, не имеющим достаточных навыков работы с компьютерами.


Пресноводные плоские черви – планарии распространены во всем мире, в том числе и в России. Как непременного обитателя чистых рек, прудов и озер, планарий часто используют в качестве одного из биоиндикаторов качества воды. Для науки планарии важны в первую очередь как животные с наиболее выраженными способностями к регенерации, то есть к восстановлению утраченных частей тела. Эта способность в той или иной мере присуща многим животными, в том числе таким, как аксолотли, лягушки или ящерицы. Однако планарии единственные в природе способны к регенерации любой части тела, в том числе своего центрального нервного ганглия. Есть даже такой афоризм: "Планарии бессмертны под ножом экспериментатора". Для нас сейчас важно, что этих червей легко разводить, кормить их надо раз в неделю обычным мотылем, которым кормят аквариумных рыбок, но они выдержат и двух-трехнедельную задержку в питании. У нас в пущинской лаборатории они живут в смеси водопроводной и дистиллированной воды (2:1); в Москве надо применять отстоявшуюся воду, как это обычно делается для аквариумов. Очень важно, что стандартная лабораторная раса планарии Dugesia tigrina размножается бесполым путем – поперечным отделением задней части тела, из которой через неделю вырастает новое животное, а материнская особь восстанавливает за это же время свой хвост. Таким образом, даже в наше время за короткий срок можно создать свою культуру планарий и успешно работать с ней в школе.

Здесь самое время сделать следующее отступление. Характер биологического образования в целом принципиально отличается от преподавания, скажем, таких отвлеченных наук, как математика или физика. Для воспитания биолога крайне важна образная информация – всевозможные рисунки, иллюстрации, схемы, масса конкретных данных, которые должны быть усвоены, запечатлены в памяти учащегося. Поэтому от качества первичной информации в биологии напрямую зависит правильность картины мира у нашего ученика. Важно представлять себе, что громадные массивы сегодняшних биологических знаний, особенно знаний о морфологии живых объектов, накопленные в биологии за последние 40-50 лет, – это, в сущности, морфология фиксированных объектов, картины "мертвой" природы. Налицо реальная опасность формирования искаженной картины мира, которую можно преодолеть лишь с помощью нового подхода – биоэтического. Этот подход опирается на осознанное применение современных технологий, включающих видеоинформацию, компьютерный анализ и сетевые базы данных (накопленных образов). Так, в рамках предлагаемого проекта школьники смогут начать формирование своей собственной базы данных о строении живых объектов. Планарии будут только началом. Чему же, помимо современных компьютерных технологий, научатся наши юные натуралисты у планарий? В чем состоит существо биоэтического подхода к природе? А состоит оно в простой на первый взгляд вещи – точке зрения на природу. Можно относиться к животным как к некой форме, в которую вложен источник новой информации; информация спрятана в ней, и ее следует добыть, извлечь оттуда – неважно, каким способом. Тогда окружающий мир предстает прекрасным супермаркетом, на разных полках которого разложены разнообразные, красиво упакованные знания. Мы же берем нужную нам вещь, разрываем ее упаковку и получаем искомое знание. Итогом такого редукционного подхода к природе во многом стала наша современная биологическая парадигма, опирающаяся на громадное множество фактов, полученных в результате тех или иных манипуляций, различных процедур фиксации живых объектов. Мало того, что эти процедуры далеки от нравственного совершенства, поскольку предполагают насильственное внедрение в объект с целью извлечения из него нужной информации. Существенно то, что само знание, полученное таким путем, оказывается малоценным. Таким образом, весь этот наполненный с такими усилиями супермаркет биологических знаний оказывается на поверку забитым второсортным товаром, по существу весьма отдаленно отражающим истинную картину мира. Особенно большие потери понесла морфологическая наука, большинство знаний о природе которой, за малыми исключениями, основано именно на фиксированных образцах. Мы уже отмечали выше, какое значение для формирования биологического менталитета оказывают образы, через которые ученик познает красоту строения мира... Диаметрально противоположный взгляд развивается в рамках биоэтики, в соответствии с которой любой живой объект является самоценным и исключаются или по крайней мере максимально ограничиваются любые внешние манипуляции над ним. Такой подход следует, видимо, назвать этологическим, поскольку он впервые развился в рамках науки о поведении животных - этологии. Основным постулатом этологов, начиная с Конрада Лоренца и Нико Тинбергена, был принцип невмешательства в поведение животных, идея наблюдения и описания естественного поведения животных, желательно в местах их обитания.


ЛОРЕНЦ (Lorenz) Конрад (1903-1989), австрийский зоолог, один из создателей этологии. Разработал учение об инстинктивном поведении животных и его развитии в онто- и филогенезе (совместно с Н. Тинбергеном); в некоторых трудах распространял биологические закономерности поведения животных на человеческое общество. Нобелевская премия (1973, совместно с Н. Тинбергеном и К. Фришем).

"Универсальная энциклопедия Кирилла и Мефодия"
(адрес сервера в сети Интернет www.km.ru).


Результатом такого подхода стало понимание внутренней ценности свободного поведения живых объектов, что во многом заложило основы отношения к человеческому самодеятельному поведению. В целом, этологический подход предполагает такие отношения субъекта и объекта исследования, при которых второй самостоятельно, без принуждения демонстрирует особенности своего поведения или строения. Для морфологии такой подход реализован в рамках так называемых прижизненных исследований и наблюдений. Более того, в золотой век экспериментальной биологии (конец XIX – начало ХХ века) такие данные служили базой тогдашней парадигмы. И. И. Мечников открыл основы клеточного иммунитета, наблюдая в простой микроскоп за поведением клеток личинки медузы, в которую он ввел только что сорванный шип розы. Сегодня мы возвращаемся к этим изрядно подзабытым подходам, вооруженные современной видеотехникой и компьютерными технологиями. Наши планарии тому замечательный пример. Действительно, как получить точное изображение такого животного, если оно все время в движении? Единственный естественный способ – позволить ему перемещаться, скользить по поверхности чашки Петри как ей вздумается. Только в этот момент планария ведет себя естественно, а форма ее тела не будет изменяться при повторном измерении. А наблюдатель легко записывает последовательность ее движения в виде кадров или файлов с помощью имеющейся у него техники. Замечательно, что планарии могут также двигаться даже во время регенерации, тем самым обеспечивая стандартные условия регистрации. Таким образом обеспечивается уникальная для биологии точность измерения в 5-6%, о которой уже упоминалось выше. В итоге юные исследователи успешно решают основную проблему биологии: получение истинной картины мира. Итак, что же мы имеем в результате? Коллекцию планарий и некий компьютерный комплекс для их регистрации. Чем же будет заниматься коллектив биологов-компьютерщиков? Самое время напомнить, что планарии – один из показателей чистоты воды, а метод измерения позволяет получить точные размерные параметры тела животного. Поэтому самым очевидным применением нашей технологии будет контроль динамики роста планарий для экологических целей, а попросту для локального экомониторинга. Нетрудно представить себе школьников, отбирающих пробы воды из различных водоемов, городского водопровода или коллектора, приносящих их в школу и наблюдающих в течение определенного времени за ростом животных. Очень важно, что высокая точность измерения делает наш биотест намного чувствительнее существующих инструментальных методов регистрации загрязнения. В частности, удалось зарегистрировать влияние на регенерацию нейропептидов в концентрации 10-11-13М и комбинированных магнитных полей суммарной величины в два раза ниже фонового магнитного поля Земли. Следовательно, становится реальным обеспечение сверхраннего прогноза качественного состояния локального водоема. Таким образом, кабинет биологии становится "горячей точкой" школы, своеобразным перекрестком биологии, математики (каждый час работы приносит новые массивы цифр!), физики, а также всех гуманитарных дисциплин, поскольку надо будет создавать свой сервер, а для этого нужны художники, писатели, редакторы, знатоки английского языка... В итоге вся школа втягивается в этот клубок идей, проблем и задач. При этом диапазон решаемых проблем может быть очень велик: от экомониторинга до создания компьютерных учебников по биологии для средних школ. Общим результатом становится понимание школьниками реальных проблем современной биотехнологии и опыт решения конкретных общественно значимых задач. Здесь автор представляет себе некоего директора такой продвинутой школы. Он идет в местную администрацию и предлагает, к примеру, взять подряд на контроль воды из местного водопровода или скважины. Это особенно актуально для регионов, рядом с которыми находится какой-нибудь "химико-металлургический" гигант прошлых пятилеток, а где у нас их нет! И продвинутый глава администрации даст ему такой подряд под нашу задачу. Школа получает новый социальный статус: из просителя денег переходит в разряд создателей информации – самого ценного ресурса завтрашнего дня. А сегодня это даст возможность привлечения дополнительных (всегда не лишних) средств в бюджет школы за счет выполнения проектов на базе БКЦ. Трудно переоценить плюсы такого статуса. Все изложенное выше представляет из себя то, что принято называть пилотным проектом: есть конкретная научная разработка, есть эпизодический опыт ее применения в школах г. Пущина и на советско-американских летних экологических школах, есть, в конце концов, планарии. Дело за малым: найти того самого "продвинутого директора". И – вперед.

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ:
 Тирас Харлампий Пантелеевич – старший научный сотрудник, Институт биофизики клетки РАН, г. Пущино, Московская обл., 142292. E-mail: tiras@leda.iteb.serpukhov.su.