Владимир Кишинец - Актуальное бессмертие

Для примера: расстояние между атомами твердого вещества ~ 10 нм. Диаметр молекулы воды ~ 0,2 нм. Размеры вирусов колеблются от 20 до 500 и более нанометров. Биологическая клетка человека ~ 30 000 нм.

Некоторое представление о величине нанометра может дать такое сравнение — он на столько меньше футбольного мяча, на сколько мяч меньше земного шара.

Отличать реальные нанотехнологии от рекламных уловок довольно просто — нанотехнологии там, где что-то создается из отдельных атомов или молекул, там, где операции производятся «атом за атомом». Все остальное, даже если оно «очень маленькое» — это не нанотехнологии.

Сегодня нанотехнологиям предрекают фантастические перспективы в различных областях техники и производства. Энтузиасты восклицают — они изменят наш мир, вытеснят все остальные способы производства…

— Что же такого полезного можно сделать с крошечными атомами?

— Чтобы это понять, несколько слов о том, какие устройства могут выполнять нанотехнологические операции. Их, собственно, три типа — наносборщик, наноробот и наноразборщик 25 25 К нанотехнологиям можно в определенном смысле также отнести явления самосборки и фолдинга, которых мы коснемся позднее. .

Один из вариантов наносборщика можно предоставить как трехмерный (3D) принтер, «печатающий» объекты отдельными атомами или молекулами. Наноразборщик, как понятно из названия, — аппарат, способный последовательно «разбирать» материальные объекты на отдельные молекулы и атомы.

Нанороботы — это автоматические устройства наноскопических размеров, способные, в том числе находясь в различных средах, например, в живом организме, манипулировать там отдельными атомами или молекулами — группировать или разделять их.

Чтобы эффективно выполнять эти функции, такие аппараты должны обладать определенными свойствами: уметь передвигаться в пространстве, распознавать атомно-молекулярные объекты, захватывать и перемещать их. Они должны иметь программные управляющие механизмы (ЭВМ), средства связи, сенсоры, источники энергоснабжения и т. д. Большая проблема здесь в том, что особенности физики веществ на уровне молекул и атомов потребуют реализации вышеперечисленных возможностей на малоизученных физических принципах.

Еще одна проблема связана с тем, что для решения любых сколько-нибудь ощутимых макрозадач (например, для той же работы в живом организме) потребуются многие миллиарды подобных нанороботов. Изготавливать такие количества на наносборщиках представляется весьма проблематичным. Предлагается (пока гипотетически) решение придать нанороботам способность репликации, т. е. к воспроизводству своих собственных копий, «размножению». Есть, разумеется, и другие серьезные физико-технические проблемы.

— Профессор, с наносборщиками вроде бы понятно. Но нанороботы… Работающие в живом теле… Как-то с трудом представляется.

— Действительно, на первый взгляд из этих двух устройств наноробот кажется существенно более фантастическим. Наносборщики выглядят реальнее.

На самом деле все наоборот. Хотя силовые микроскопы как прототипы наносборщиков — уже реальность, эффективные производственные аппараты такого типа сегодня — пока только идея, реализовать которую по ряду принципиальных причин будет как минимум непросто. А вот нанороботы… Они не только возможны — они существуют. Существуют уже миллиарды лет… В самых разных формах, видах и обличиях. Мы живем среди них, живем благодаря им… Вся жизнь своим существованием обязана им. Одни, пожалуй, из самых наглядных их представителей — это известные всем вирусы.

Вирусы иногда путают с бактериями. На самом деле это совершенно разные вещи. Бактерии — это полноценные живые одноклеточные организмы, имеющие обмен веществ, механизмы размножения (делением) и весьма сложное внутренне строение. Вирусы — это совсем другое дело. Они не живые. Они ничем не питаются, у них нет обмена веществ и органов размножения. Их строение неизмеримо проще. Вот как устроен бактериофаг T4 (вирус, поражающий бактерии), который часто используется благодаря своему примечательному внешнему виду в качестве примера (Рисунок 1).

Рис. 1. Строение бактериофага T4. [ Источник: Adenosine; en: User: Pbroks13; wikimedia.org ]

По всем признакам вирусы — это природные механизмы, подлинные нанороботы, «изготовленные» из органических молекул. Они действуют по своим внутренним программам, способны перемещаться внутри живого организма и взаимодействовать с внутриклеточными структурами на молекулярно-информационном уровне.

Хотя вирусы не могут размножаться, они успешно воспроизводят себя оригинальным способом, вводя в клетку свои ДНК (или РНК). Клетка начинает по ним синтезировать отдельные части вируса, которые затем, благодаря потрясающему (нанотехнологическому) явлению — самосборке 26 26 В процессе самосборки отдельные части вируса самопроизвольно, но в строгой последовательности объединяются в новый вирус. В Интернете можно найти впечатляющие анимации этих процессов. Самосборка широко распространена как в живой, так и в неживой природе. — объединяются в новые вирусы. В сотни и тысячи новых вирусов…

Из-за такого способа размножения довольно долго вирусам отводилась роль лишь банальных паразитов. Однако затем была открыта их способность осуществлять горизонтальный перенос генов, т. е. «прихватывать» с собой генетический материал зараженной клетки и затем внедрять его в ДНК (РНК) других организмов. Согласно современным взглядам, горизонтальный перенос способствует существенному ускорению эволюции. Эти способности нанороботов-вирусов сегодня очень пригодились биологам.

Однако вирусы — далеко не единственные представители природных нанороботов.

Относительно недавно пришло понимание, что все важные процессы, протекающие в живых организмах — нанотехнологические. Разумная земная жизнь достигла понимания главного принципа своего существования.

Нанотехнологии, созданные природой за миллиарды лет до того, как их открыл человек — это фундамент, основа биологической жизни. Жизнь существует благодаря тому, что в каждом живом существе непрерывно работают мириады крошечных нанороботов. Именно нанотехнологии делают жизнь жизнью.

Возникает вопрос — почему жизнь устроена именно таким образом? Для этого есть, на наш взгляд, по крайней мере одна веская причина.

В живых организмах десятки тысяч различных белков обеспечивают сокращение мышц, передачу нервных сигналов, реакции сетчатки глаз на свет, усвоение пищи, снабжение органов кислородом и т. д. и т. п. Чтобы синтезировать их химически, в лаборатории потребовались бы миллионы различных реакций, масса оборудования, промежуточных реагентов и, конечно, времени 27 27 Не исключено (специалистам виднее), что некоторые белки таким способом вообще невозможно синтезировать. . Обеспечить такими способами производство этих веществ в живых организмах совершенно немыслимо и на том уровне знаний, который был еще несколько десятков лет назад, мы должны были бы сделать парадоксальное заключение — биологическая жизнь невозможна.