Журнал "Компьютерра" №707
Шрифт:
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?
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.
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.
Впоследствии подобную модификацию удалось осуществить в клетках дрожжей. Модифицированные клетки оказались способными синтезировать белковые молекулы, которые обычно не производит ни один земной организм. Эти разработки, конечно, весьма перспективны для медицины, так как одной из конечных целей экспериментов является создание модифицированных лейкоцитов человеческой крови, умеющих вырабатывать белки, которые эффективно разрушают раковые клетки непосредственно в теле больного.
Не менее интересны эксперименты с не встречающимися в природе формами ДНК. Шестибуквенный генетический алфавит разработал и "изготовил" Стивен Беннер из Университета Флориды. Недавно этот алфавит был применен для быстрого обнаружения вирусов атипичной пневмонии. Джек Шостак из Массачусетского госпиталя вообще отказался от "использования" рибозы в структуре нуклеиновой кислоты, заменив ее разновидностью сахара. Экспериментирует с небывалыми ДНК также Эрик Кул в Стэнфордском университете. Сейчас исследователи пытаются заставить все эти конструкции работать в живых клетках.
Не все читатели располагают собственной биотехнологической или физико-химической лабораторией, чтобы проводить в ней исследования жизнеподобных систем. А попробовать иной раз так хочется…
К счастью, в Сети есть много ресурсов, посвященных разнообразным формам компьютерного моделирования искусственной жизни. Там же можно найти и соответствующие программы, большинство из которых доступны бесплатно. Увы, почти все программы, имея богатую функциональность, снабжены крайне бедным интерфейсом. Впрочем, они ведь писались для профессионалов, а им командная строка и вывод результатов в виде таблицы - самое то… К тому же надо уметь читать по-английски.
Итак. Tierra, разработанная Томасом Рэем из Оклахомского университета. Последняя версия 6.02 (2004 г.) находится по адресу www.his.atr.jp/~ray/tierra. Tierra представляет собой виртуальную среду выполнения программ, которые способны взаимодействовать друг с другом, размножаться, мутировать и эволюционировать.
Далее. Клон Tierra по имени Helix, позволяющий очень наглядно иллюстрировать процесс эволюции программ в "среде обитания".
Вот другое развитие идей Tierra - программа Avida.
Еще одна модель искусственной жизни - SWARM. Предназначена для изучения коллективного поведения большого числа автономных программных агентов (не путать с агентами Смитами из "Матрицы"! Хотя, в принципе, об этом и речь).
Похожим образом построена система BIBA (Bayesian Inspired Brain and Artefacts) французского Института информатики и математических приложений. Изюминкой системы является наличие средств нейронного самообучения.
Очень интересна программа PolyWorld для моделирования экологических систем.
И наконец, сайт проекта "цифровой биологии" www.biota.org, где есть множество картинок искусственных существ, и забавный ресурс www.ventrella.com, откуда можно скачать программы визуализации всевозможных искусственных зверюшек, которые будут жить и эволюционировать на вашем компьютере.
Детонатор
Автор: Кот, Александр
Если мы поймем, каким образом земная жизнь "обустроила" нашу планету, сделав ее такой подходящей для нас с вами, это даст хороший толчок мыслям о возможных технологиях переделки климата тех планет Вселенной, куда рано или поздно доберется человек и захочет жить в привычных комфортных условиях.