Дэниел Франклин - Мегатех. Технологии и общество 2050 года в прогнозах ученых и писателей

Помимо производства новых веществ, биотехнологии воспринимаются как важные функциональные компоненты систем, ныне производящихся из кремния и металла. В частности, они, скорее всего, изменят способ хранения цифровой информации.

От дисков к ДНК

Интернет расширяется настолько быстро, что наша потребность в архивации данных скоро превзойдет возможности существующих технологий. Если мы продолжим идти по тому же пути, то в ближайшие десятилетия нам понадобится экспоненциально больше не только магнитной ленты, дисков или флеш-памяти, но и фабрик для производства этих носителей, и складов для их хранения. Даже если это технически и осуществимо, то экономически невозможно. Решение может предоставить биология. ДНК — самая сложная и плотная среда хранения информации, с какой мы когда-либо сталкивались; она во много раз превышает даже теоретическую емкость магнитной ленты или твердотельного накопителя.

Обширный склад, полный магнитных лент, может быть заменен ДНК размером с кубик сахара. Что касается времени хранения, то мы нашли нетронутую ДНК в тушах животных, которые провели замороженными в канадской тундре 750 тысяч лет. Следовательно, есть серьезные основания объединить способность читать и писать ДНК с ускоряющейся потребностью в носителе для более длительного хранения информации. И нам уже продемонстрировали кодирование и извлечение текста, фотографий и видео в ДНК.

Правительства и корпорации оценили эту возможность и начали финансировать исследования ускорения синтеза и секвенирования ДНК. Для того чтобы конкурировать с типичным ленточным, «ДНК-привод» должен быть способен записывать и читать эквивалент приблизительно 10 человеческих геномов в минуту, что в настоящее время в 10 раз превышает глобальный ежегодный спрос на синтетическую ДНК. Масштабы спроса на ДНК-устройства и цена, по которой они должны продаваться, полностью изменят экономику чтения и записи генетической информации, сокращая роль теперешних многомиллиардных рынков биотехнологии при одновременном массовом расширении возможностей для перепрограммирования живых существ. Этот вид нетрадиционного использования биотехнологии со временем будет лишь увеличиваться.

Земля, текущая молоком и биоденьгами

Рассмотрим производственный потенциал промышленной ферментации, той точки, где сходятся биология и управление бизнес-процессами. Пивоварение работает технично и экономически грамотно на самых разных уровнях — от транснациональных гигантов, выбрасывающих на рынок миллионы литров напитка в год, до изощренных крафтовых пивоварен, производительность которых в литрах исчисляется тысячами и которые можно встретить в современных городах на каждом углу. Эта промышленная структура свидетельствует о том, что распределенное биологическое производство может успешно конкурировать с централизованным, опровергая идею о том, что масштабная экономика всегда благоприятствует крупным хозяйствам. Более того, интегрированные нефтяные компании жизнеспособны только при капитале в десятки миллиардов долларов, тогда как предприятия, бизнес которых основан на процессе ферментации, могут работать при вложении всего нескольких тысяч.

Путем перепрограммирования биологической части этой производственной платформы мы можем гибко перенацелиться на довольно выгодные рынки. В то время как пиво — это в основном вода стоимостью не более нескольких долларов за литр, бактерии могут производить молекулы стоимостью в десятки тысяч долларов за литр. Из более чем 105 млрд долларов, внесенных промышленными биотехнологиями в экономику США в 2012 году, по крайней мере 66 млрд поступили благодаря ферментированным биохимическим продуктам, которые уже вытесняют с мировых рынков продукты нефтехимии (не включая биоэтанол, доля которого в валовом внутреннем продукте США составила в 2012 г. всего 10 млрд долларов). Еще одним показателем спроса является переход фармацевтической промышленности от химического синтеза даже маломолекулярных препаратов, таких как антибиотики, к биологическому, тем самым экономя деньги и сокращая потоки отходов и выбросы углерода. Растущий спрос на эти возобновляемые химические вещества будет во все большей степени определяться производственными системами, включающими как биологические, так и небиологические компоненты.

Фермеры уже оценили преимущество гибридных подходов в виде роботизированных доильных аппаратов для молочных хозяйств. Сочетание коров и роботов представляет собой интегрированную систему с превосходными производительностью и рентабельностью. Во всем мире работают уже более 25 тысяч таких систем. Коровы быстро научились посещать доильный сарай в наиболее предпочтительное для себя время. Там их здоровье и производительность отслеживаются электронными устройствами, встроенными в специальные воротники — своего рода «коровий Интернет». Важно отметить, что животным эта система тоже выгодна, поскольку им приходится реже посещать ветеринаров и они производят больше молока. Связанные в сеть, коровы кормятся грубыми кормами и перерабатывают их в ценное вещество, которое затем автономно доставляется в централизованные пункты сбора.

Самое главное здесь заключается в том, что, как и в случае пивоварения, автоматизированные молочные фермы представляют собой чрезвычайно производительную, гибкую и распределенную систему. Такая интеграция является результатом многолетней работы, в результате которой производство молока увеличилось почти вдвое, в то время как численность, так сказать, «молочной армии» вдвое сократилась.

Теперь представьте, что эти «избыточные» коровы вместо молока могли бы производить топливо или химикаты, объем этого производства был бы эквивалентен потребностям Америки в возобновляемых видах топлива в 2017 году, или примерно 17 % от общего спроса на бензин в США.

Согласно планам, для строительства сотни (в настоящее время гипотетических) «нефтеперегонных заводов на биотехнологии» потребуется около 170 млрд долларов. Напротив, сегодняшняя стоимость американской «молочной армии» составляет примерно 20 млрд долларов. Если к этой цифре прибавить целых 10 млрд, потраченных на то, чтобы разобраться, как переделать коров для производства топлива и химических веществ, мы бы все равно с запасом опережали исходную сумму более чем на 100 млрд.

Однако затраты на разработку, скорее всего, будут еще ниже, поскольку нам не придется заходить настолько далеко и заниматься биоинженерным преобразованием реальных коров для доставки продукции в роботизированные доильные сараи. Мы уже можем строить системы ферментации, содержащие синтетические бактерии. Последние потребляют сложное органическое сырье и производят ценные и превосходящие нефтепродукты химические вещества. И мы видим надвигающееся будущее автономных роботов, перемещающихся на колесах или с помощью ног. Сочетание этих технологий полностью преобразует способ управления ресурсами и организацию производства.