Архивы: по дате | по разделам | по авторам

Нанотехнология - ключ к бессмертию и свободе

Архив
автор : МИХАИЛ СОЛОВЬЕВ    13.10.1997

В настоящее время наиболее перспективными для продления жизни человека считаются три направления: антистарение (anti-aging), крионика (cryonics) и загрузка (uploading). Добиться в них наиболее значимых результатов, совершить революционный прорыв в решении проблемы личного бессмертия - возможно при использовании нанотехнологии (НТ). Бессмертие, наряду с другими достижениями НТ, коренным образом изменит социальное устройство общества.

Молекулярная хирургия и молекулярные роботы

В наиболее общей постановке проблема применения НТ в медицине заключается в необходимости изменять структуру клетки на молекулярном уровне, то есть осуществлять "молекулярную хирургию". Это могут быть такие операции, как узнавание определенных фрагментов молекул и клеток, разрыв или соединение частей молекул, добавление или удаление молекулярных фрагментов, полная разборка и сборка молекул и клеточных структур по определенной программе. Хотя они и осуществляются обычными, естественными молекулами белка, набор функций последних недостаточен для обеспечения бессмертия клетки и всего организма. Задача, таким образом, состоит в придании клетке этих недостающих функций, в "разумном" управлении ее работой.

Устройства для молекулярной хирургии обычно называют молекулярными роботами (МР). Они являются аналогами более общего НТ-устройства, называемого ассемблером/дезассемблером1. МР могут создаваться на основе биологических макромолекул (в основном, белков). Такой подход называют молекулярной нанотехнологией. Главная проблема его реализации состоит в проектировании МР. Основный элемент такого проектирования - моделирование молекул. Хотя его алгоритмы известны, большой размер молекул делает расчеты очень трудоемкими. Сейчас подобные расчеты возможны только для анализа небольших модификаций в существующих молекулах. По прогнозам, компьютеры достигнут мощности, необходимой для приемлемой скорости (и цены) моделирования молекул, к 2010 году - то есть молекулярная НТ может быть реализована через 15-20 лет. С учетом необходимости разработки конкретных типов МР и проведения дополнительных биологических исследований, можно ожидать, что описанные ниже возможности будут доступны во второй четверти XXI века. (Прибегнуть к услугам крионики, чтобы дождаться этого времени, можно уже сейчас.)

Другой подход к созданию молекулярных роботов заключается в изготовлении их из кристаллических материалов на основе углерода, кремния или металлов. Его реализация связана с прогрессом в миниатюризации существующих твердотельных технологий (травление, напыление, выращивание кристаллов). Принципы их работы будут состоять в механическом воздействии на клеточные структуры или в создании локальных электромагнитных полей для детекции и инициирования химических изменений в биологических молекулах. Прогнозы здесь делать труднее, так как ключевые технологические процессы, необходимые для достижения наноразмеров, еще находятся на ранних этапах разработки.

Для медицинских применений перспективным может оказаться и гибридная технология изготовления МР. Например, детекторы и манипуляторы изготовляются из органических молекул, а управляющее устройство может быть твердотельным, на основе кремния. Помимо возможности детекции и манипулирования с биомолекулами, важной проблемой является энергоснабжение МР и их взаимодействие с управляющим суперкомпьютером. Здесь перспективным представляется использование магнитного поля, поскольку биологические ткани для него прозрачны. Магнитное поле может изменять структуру МР, заряжая его энергией и сообщая информацию, а для сообщения информации управляющему компьютеру МР может сам изменять свою структуру, что будет зарегистрировано датчиками, расположенными вне тела человека. Аналогом такого подхода является томография на основе ядерного магнитного резонанса - метод, который сейчас широко используется для получения трехмерных изображений внутренних органов в реальном времени.

Антистарение

Первичной причиной старения является повреждение молекул клетки - тепловое, радиационное и побочными продуктами биохимических реакций. В процессе эволюции выработались разнообразные механизмы противодействия старению (естественное антистарение), действующие как на молекулярном, так и на более высоких - клеточном, тканевом, организменном - уровнях. Однако эти механизмы не являются стопроцентно эффективными, и постепенное накопление молекулярных повреждений приводит к ухудшению функционирования клеток, их гибели, что вызывает катастрофическое нарушение регуляций функций организма, появление системных "болезней старения" (большинство форм рака, атеросклероз, гипертония, сахарный диабет), ослабление сопротивляемости вредным воздействиям; все это с неизбежностью ведет к смерти.


Рис. 1. Гибридный молекулярный робот.

1 - волокна для перемещения и закрепления; 2 - управляющие волокна;
3 - запас атомов; 4 - встроенный компьютер; 5 - манипуляционные окончания.

Из книги "Cryonics: Reaching for Tomorrow", с разрешения "Alcor Life", Extension Foundation, USA.

Недостаточная эффективность естественного антистарения объясняется тем, что эволюция действует методом проб и ошибок, то есть нужное приспособление не появляется сразу и в законченном, совершенном виде. В принципе, можно представить, что практически нестареющий организм мог бы появиться. Но эволюционный "поиск" долгоживущих организмов и закрепление его результатов возможны только в том случае, если такой организм будет иметь эволюционные преимущества, выражающиеся в высокой выживаемости и увеличении численности вида (иначе случайно "найденный" признак "потеряется" в следующих поколениях). Впрочем, для благополучия вида вполне достаточно, чтобы отдельный организм мог достичь репродуктивного возраста и оставить потомство, а что будет с организмом дальше, для вида не имеет значения (или имеет пренебрежительно малое значение). Говоря другими словами, путь повышения репродуктивности и жизнеспособности в молодом возрасте (что, как правило, негативно влияет на здоровье в старших возрастах) проще и выгоднее для вида (а значит, и более вероятен), чем увеличение продолжительности жизни отдельной особи (для этого необходим случайный поиск и, по-видимому, скоординированное изменение большого количества функций, вероятность чего очень мала).


Рис. 2. Молекулярные роботы обследуют и восстанавливают синапсы1.

Из книги "Cryonics: Reaching for Tomorrow", с разрешения "Alcor Life", Extension Foundation, USA.

Итак, на нынешний день мы имеем стареющий организм, но который в принципе можно изменить, если действовать не методом проб и ошибок, а целенаправленно, системно корректируя его функции на молекулярном и организменном уровнях. Что здесь могут сделать МР? Прежде всего, они могут осуществлять репарацию ("ремонт") клетки - исправлять повреждения ее структуры, которые по тем или иным причинам не были исправлены естественными репарирующими системами клетки: разрезать молекулярные сшивки в липидных мембранах и белках (что является причиной ухудшения их функционирования), удалять накапливающиеся вредные продукты обмена (такие как гранулы липофусцина в нервных клетках), корректировать повреждения в генетическом материале клетки (где даже единичное нарушение в критическом месте может привести к возникновению рака). МР, внедренные (так же, как это делают вирусы) в клетку и выполняющие подобные операции, приведут в конечном счете к омоложению организма. Более того, МР могут повысить степень защиты клетки - не допуская возникновения молекулярных повреждений, что будет означать нестарение клетки. Например, они могут инактивировать ускользнувшие от естественных защитных систем свободные радикалы (содержащие неспаренный электрон, высокореакционные и неспецифически активные молекулы), которые являются побочным продуктом многих биохимических реакций и служат одной из основных причин молекулярных повреждений. Также МР могут участвовать (как наряду с генной инженерией, так и вместо нее) в перепроектировке генома клетки - в изменении генов или добавлении новых для усовершенствования функций клетки. Вполне возможно, что в конечном счете после такого усовершенствования для обеспечения "вечной молодости" МР уже не будут нужны (или они будут производиться самой клеткой).

Крионика

Крионика - это развивающееся направление, которое объединяет криобиологию, криогенную инженерию, а также практику клинической медицины в применении к консервации людей путем их замораживания до ультранизких (криогенных) температур с целью переноса терминальных (обреченных на смерть от старости, болезни или несчастного случая) пациентов в тот момент в будущем, когда появится технология для репарации клеток и тканей, будет возможно восстановление всех функций организма и здоровья в целом и станут излечимы все сегодняшние болезни, включая старение.


Рис.3 Инъекция взвеси противораковых микророботов.

Хотя крионика применяется в Америке с конца 60-х годов, она еще не стала общепринятой процедурой (на сегодняшний день заморожено около ста человек). Тому есть несколько причин. Одна из них - финансовый крах ведущих крионических организаций в конце 70-х годов, приведший к разморозке пациентов и, как следствие, недоверию к надежности хранения (сейчас стратегия финансирования заменена на более надежную). Другая - глубоко укоренившаяся в общественном сознании установка, что смерть неизбежна (обычно это установка выражается в обильной религиозной и социологической аргументации о "полезности" смерти, в психологическом желании "быть таким, как все" - то есть таким же мертвым). Третья - то, что многие люди по-настоящему не хотят жить долго, хотя они и декларируют это, но когда от них требуются предпринять какие-либо серьезные усилия для продления жизни (и заплатить достаточно большие деньги - от 30 тысяч долларов), большинство из них предпочитает спокойно умереть. Четвертая - то, что существуют лишь теоретические обоснования работоспособности крионики. Этого достаточно для убеждения людей, обладающих необходимой научной подготовкой и имеющих сильные мотивы, чтобы потратить усилия для анализа этих обоснований, но таких людей очень немного. Для убеждения же большинства нужны экспериментальные результаты, которые можно будет получить после реализации возможностей НТ. (Стоит заметить, что ведущие американские специалисты в области НТ являются сторонниками крионики, а некоторые из них имеют и контракт на замораживание.)

В крионике существуют две основные проблемы, которые могут быть решены с помощью НТ. Первая состоит в том, что по существующим законам замораживать пациентов можно только после получения свидетельства о смерти, то есть когда врачи будут убеждены, что современная технология реанимации уже не может их спасти (это не означает, что будущая медицинская технология, усиленная МР, не окажется в состоянии это сделать). Обычно на это уходит от нескольких десятков минут до нескольких часов. За это время организм получает достаточно серьезные повреждения на клеточном уровне из-за прекращения поступления кислорода. Однако теоретические оценки и ряд экспериментальных данных свидетельствуют о том, что структуры головного мозга, обеспечивающие долговременную память (а значит, целостность сознания и личности человека, его память о прошлом), за это время не успевают разрушиться. Это означает, что с точки зрения теории информации (а в медицине будущего лишь это будет настоящим критерием смерти) человек еще жив.

Другая проблема - современные технологии замораживания позволяют осуществить полный цикл замораживания/размораживания только для биологических объектов небольших размеров (несколько миллиметров). В более крупных объектах, как из-за неравномерного насыщения антифризом (без этого безопасное замораживание вообще невозможно), так и из-за возникающих температурных градиентов, возникают многочисленные повреждения на клеточном (разрыв стенок клеток) и на тканевом (микротрещины) уровнях, что делает простое размораживание, без предварительного исправления повреждений, невозможным. Эти-то повреждения, а также последствия частичного разрушения клетки из-за кислородного голодания во время клинической смерти и призваны ликвидировать МР (по предварительным расчетам, понадобится порядка миллиона миллиардов МР, их общий вес составит около полкилограмма, а время репарации-размораживания-реанимации-лечения-омоложения займет несколько месяцев). Операции МР будут примерно такими же, как и в случае антистарения. В частности, это будет означать, что после опосредованного МР размораживания и реанимации будет излечена и болезнь, явившаяся причиной смерти (например, рак или СПИД - ряд таких больных уже заморожен); затем оживший человек будет омоложен (самый старый человек был заморожен в 99 лет); более того, человек, погибший в результате несчастного случая или убитый, также может быть оживлен (так, лежит замороженным адвокат, убитый недовольным его работой клиентом).

Загрузка

В соответствующем контексте под загрузкой имеют в виду перенос личности в компьютер. Это относительно малоисследованная область. Реализация загрузки будет означать как возможность существования "я" человека в виртуальной реальности, так и "перевоплощение" человека в механическое создание с кремниевым мозгом. У загрузки есть две основные проблемы - моделирование мозга и чтение содержимого памяти человека (эту операцию в контексте загрузки называют сканированием). На самом деле, мозг довольно несовершенное образование, и, по всей вероятности, компьютеры по своей мощности уже к нему приближаются. Так что по большому счету проблема моделирования состоит в познании механизмов работы мозга. Что же касается сканирования, то здесь возможен большой прогресс при использовании МР. Проблема заключается в точном трехмерном картировании частей клеток мозга. Триллион МР (порядка одного грамма), помещенных в мозг, картируют его за несколько часов. Осуществляемые ими операции будут включать распознавание участка клеточной поверхности, сообщение об этом в управляющий компьютер и перемещение к следующему участку. (Кстати, сканирование может помочь получить и недостающие данные о механизмах работы мозга.)

Последствия для общества

Хотелось бы подчеркнуть, что НТ - не только техника и улучшение жизни людей. В теперешнем мире - это во многом и политика. Основным социальным последствием применения НТ будет значительное увеличение свободы человека, его независимости как от природных ограничений, так и от ограничений, которые ему пытаются навязать другие люди, чтобы получить больше свободы, благополучия и выгоды для себя (что является сущностью современного государства). Человек получит свободу во времени (то есть практическое бессмертие), его не будут ограничивать проблемы здоровья или физического несовершенства. Одним из следствий применения НТ будет локализация экономики - у каждого человека в распоряжении будет нечто вроде нанотехнологической "скатерти самобранки". С помощью небольшого устройства, используя локальные источники энергии (солнце или ветер), воду, газы воздуха и ряд веществ, растворенных в воде или получаемых из песка, человек сможет производить ("выращивать") все необходимое ему для жизни, включая продукты питания, одежду, личные самолеты и горючее для них, компьютеры, средства связи. Это сделает человека экономически свободным, он будет работать не по принуждению, а исходя из своих духовных потребностей или для получения каких-нибудь дополнительных благ.


1Синапсы -- места межклеточных контактов нейронов головного мозга, основные элементы долговременной памяти человека.

© ООО "Компьютерра-Онлайн", 1997-2021
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на "Компьютерру" обязательна.