Компьютерра - Журнал "Компьютерра" №707

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.

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.

Неплохо подумать и о том, что специально разработанные, сконструированные на Земле формы жизни могут оказаться полезными (если не единственными) инструментами колонизации планет и даже малых небесных тел, от которых нам, людям, что-то нужно. Например, полезные ископаемые…

Пророчество

Мы будем блохами космоса, скачущими со звезды на звезду.

Станислав Ежи Лец

Давно это было… 2,5 млрд. лет назад. Земля была, а жизни не было. И условия на ней были отвратительные. Кислород отсутствовал. В воздухе воняло аммиаком и формальдегидом… И хотя солнце светило не так ярко, как сейчас, из-за парникового эффекта, вызываемого аммиаком, было в общем-то тепло. Гипотезу "аммиачного подогрева" в 70-х годах прошлого века активно разрабатывали Карл Саган (Carl Sagan) и Джордж Маллен (George H. Mullen) из Корнеллского университета, пока не стало ясно, что в атмосфере, лишенной кислорода, аммиак недолговечен - он разрушается потоками ультрафиолетовых лучей от Солнца.

Нет аммиака, значит, нет и "парника". На планете должен царить холод, а вот его-то и не было. Во всяком случае, данные геологии не указывают на существование льда на Земле вплоть до 2,3-миллиардолетнего возраста.

Кто же "укрыл" планету? Рассмотрели в качестве кандидата двуокись углерода, углекислый газ (СО2) - его "производили" вулканы. Мимо! Группа исследователей из Годдарда в 1995 году убедительно доказала, что углекислого газа в те времена в атмосфере было недостаточно для оказания необходимого эффекта.

Наконец, в конце 80-х годов стало ясно, что, пожалуй, единственным оставшимся кандидатом на роль "покрывала" является… болотный газ, метан (СН4). Уточнение его свойств показало, что при равных концентрациях с углекислым газом в атмосфере метан поглощает более широкий спектр солнечного излучения, вызывая гораздо более сильный парниковый эффект, чем углекислота.

Вот тут настало время призадуматься.

Метан возникает лишь в процессе жизнедеятельности анаэробных организмов. Следовательно… Следовательно, в этот период своей истории Земля уже была обитаемым миром. Кислорода, напомню, не было, а жизнь таки была! И метан, спасающий Землю от оледенения, вырабатывался метаногенами - первобытными микроорганизмами, для которых условия, существовавшие в те времена на планете (заметьте: жара, кислородом и не пахнет, свирепствуют ураганы, бьют молнии, грохочут вулканы, облака пепла… жуть!) очень подходили [Кстати, современные бактерии-метаногены способны жить только в бескислородной среде. Все они - строгие анаэробы]. Водород и углекислый газ атмосферы служили им пищей. Выделяющийся метан рассеивался ветром, что создавало необходимый градиент концентраций.