Компьютерра - Журнал Компьютерра №707

Кроме того, широта охвата явлений, присущая синергетике, позволяет с ее помощью синтезировать жизнеподобные (в смысле самоорганизации) системы самой разной природы - начиная от физико-химических и кончая геофизическими. Во всех известных на сегодня системах, которые демонстрируют жизнеподобное поведение, возникающее вследствие процессов самоорганизации, главным является наличие большого числа элементов, играющих роль небиологических аналогов клеток организма. Обычно этими элементами являются молекулы, входящие в состав системы. Вот как об этом писала философ и синергетик А. Баблоянц: "при удалении от состояний химического равновесия… химические реакции "оживают". Они чувствуют время, распознают информацию, различают прошлое и будущее, правую и левую стороны. Реакции могут проявлять различные формы самоорганизации, например, образовывать мозаичные структуры".

Завершая этот раздел, хотелось бы отметить, что все формы жизни, которые, вероятно, удастся построить на базе физических или химических процессов самоорганизации, по сути своей окажутся столь далекими от нас и нашего обычного интуитивного понимания живого, что никакого "диалога разумов" скорее всего не получится (если даже разработчикам удастся наделить искусственные системы функциями самоидентификации в среде обитания и обработки информации). А ведь теоретически подобные живые системы могут существовать в природе, появившись естественным (самоорганизация!) путем. Отсюда нетривиальные вопросы: как их распознать? и как с ними все-таки договориться?

Мнение

Вот что получается, когда исследователь вместо того, чтобы идти параллельно и ощупью с природой, форсирует вопрос и приподнимает завесу: на, получай Шарикова и ешь его с кашей.

проф. Преображенский

(Михаил Булгаков, "Собачье сердце")

Вернемся к более привычным формам живого. Как уже говорилось, функционирование живой системы возможно лишь в ограниченном объеме пространства, в который необходимо непрерывно подводить вещество и энергию и откуда вовне будут поступать высокоэнтропийные "отходы жизнедеятельности". Конечно, сразу напрашивается аналогия с клеткой, однако почти сферическая капсула не является единственной формой ограничения пространства функционирования неравновесной системы. Возможна, к примеру, реализация в форме полого волокна, квазидвумерных слоистых структур "бутербродов"; в случае реализации неравновесных процессов в жидкости "стенками" клетки могут быть границы раздела фаз вещества; если же мы синтезируем живую систему на базе неравновесных процессов поглощения-излучения электромагнитной энергии (как в лазерах на основе распределенных в пространстве рабочего тела периодических неоднородностях показателя диэлектрической проницаемости), границы могут быть даже неосязаемы физически, так как будут представлять собой поверхности "нулевого коэффициента усиления" - поверхности, на которых коэффициент обратной связи распределенного резонатора будет "обнуляться".

Тем не менее абсолютное большинство исследователей, занятых практическим изготовлением искусственных живых объектов, экспериментируют именно с клеточными структурами. Почему?

Голый прагматизм, в общем, никогда не являлся атрибутом научного поиска, однако желаемый практический результат научного исследования или пионерской технологической разработки, конечно же, в немалой степени определяет методики и подходы к созданию нового. Сегодня нам нужны живые системы, во многом аналогичные или полностью повторяющие "конструкции" естественных систем. Просто потому, что мы знаем, как они должны работать, - мы это видим на естественных аналогах.

Ясно, что проще (технологически проще) иметь дело с самообновляемой клеточной структурой, в которой синтезируется нужное нам химическое вещество, чем переводить синтез в систему реакторов, вводя в рассмотрение огромное число дополнительных параметров, связанных с объемными эффектами, температурными и концентрационными градиентами и т. п. Если же мы хотим создать развивающийся организм, то клеточная модель строения как нельзя лучше соответствует принципу дифференциации функций клеток взрослого организма.

Афоризм

Наша жизнь, в сущности, кукольное представление. Нужно лишь держать нити в своих руках, не спутывать их, двигать ими по своей воле и самому решать, когда идти, а когда стоять, не позволять

дергать за них другим, и тогда ты вознесешься над сценой.

Хун Цзычен

Искусственные клеточные мембраны с нужными характеристиками молекулярной проницаемости сегодня научились делать на базе жироподобных веществ - фосфолипидов, однако внутриклеточный объем пока что моделируют жестким каркасом из микропористого аэрогеля, позволяющего поддерживать клеточную мембрану. Подобные "изделия" уже могут иметь практическое значение как "микрозаводы" по выработке тех или иных белков. Вспомним, что еще три года назад ученым из Института Пастера (Франция) совместно с японскими коллегами удалось создать искусственную клетку диаметром 0,01 мм и поместить аминокислоты и другие вещества, необходимые для функционирования клетки, внутрь мембраны ДНК медузы. В результате через сутки искусственная клеточная структура выровняла свою форму, стала сферической, и в ней начался нормальный синтез заданного белка. Режим деления клетки воспроизвести пока не удалось. Аналогичные проекты осуществлены во многих странах мира. Итальянская группа Джованни Муртаса из римского Центра им. Энрико Ферми летом нынешнего года "запустила" искусственную клетку трубчатой топологии.

Вообще же конструированием искусственных клеток различного назначения (включая искусственные аналоги нейронов головного мозга, клетки-сенсоры человеческого уха, клетки-импланты печени и др.) на базе естественных компонентов (мембран, внутриклеточных органелл, цитоплазмы) только в США занимается больше ста лабораторий. В Европе - около двух десятков. Сколько-нибудь надежных данных о разработках россиян у автора нет.

Одним из самых сложных, но и самых увлекательных объектов конструирования, пожалуй, можно считать искусственные генетические структуры. Как известно, в процессе жизнедеятельности каждая клетка производит лишь обусловленные генетической программой белки, строя их из соответствующих природных аминокислот. Так вот, еще в 2001 году Ли Вонг и Питер Шульц из Океанографического института в Калифорнии сумели встроить в естественный геном бактерии кишечной палочки компоненты, которые позволили ей "работать" с аминокислотами, вообще не встречающимися в природе.