Прогноз развития биологии до 2040 года

Таким образом, я представляю очень оптимистический и не менее рискованный прогноз, поскольку он в значительной части опирается на предположения, которые возможно подкрепить гипотезами, лишенными, однако, эмпирической основы. В качестве главной можно принять следующую гипотезу. Наследственный код каждого живого существа отличается двумя свойствами. Во-первых , этот код возник в ходе преобразований, которые как биогенез спонтанно начались несколько миллиардов лет назад на Земле. Во-вторых , он запускает строительство, целью которого является создание определенной системы, то есть индивидуальное развитие растения или животного. Согласно гипотезе оба эти свойства разделены . Строительная технология, применяемая жизнью, вовсе не должна ограничиваться только теми созданиями, которые могут возникать самостоятельно в процессе эволюции сначала химических соединений, а затем соединений жизни, то есть без всякого направленного на это внешнего воздействия. Интуиция подсказывает, что труднее найти субстанции для самоорганизации, понимаемой как строительство организмов в ходе их дальнейшего развития, чем такие субстанции, которые не могут самостоятельно объединяться в зародыш подобной активности, но могут после принудительного объединения проявлять подобие органической активности. Ведь эволюционная задача должна была решаться в два этапа: жизни требовалось сначала возникнуть , и только затем она могла развиваться в разных направлениях. Если специфические условия среды служили этому возникновению как подмостки, от которых не осталось и следа, то априори можно считать, что разум и знание могут искать такие или другие подмостки в более широком смысле, чем биогенез. При этом речь идет не о строительстве каких-либо «готовых» организмов или псевдоорганизмов, а о начале процессов, которые сцеплены нами и движутся уже сами, словно двигатель благодаря стартеру. Иначе говоря, я утверждаю, что множество систем, способных к самопроизвольному возникновению из неодушевленной материи, меньше множества элементов, которые сами в органические системы соединиться не могут, но которые к такому соединению можно привести. При этом речь идет не об оригинальности строительного материала , а только о методике , основанной на том, что определенная информация, молекулярно закодированная, может быть самореализующимся прогнозом собственного структурного состава. («Слово стало телом».) Таким образом, ориентированная конструкторская деятельность наделяет свои творения значительной самостоятельностью. Как раз отсутствием подобной самостоятельности отличаются плоды наших технологий от плодов технологии эволюционной. Короче говоря, речь идет о постановке заданий, а не об их непосредственном исполнении. Задание, «поставленное» жизни эволюцией, сводится к существованию вопреки произвольным препятствиям, а разнородность препятствий (и окружающей среды) вызывает видообразующую разнородность. Конструктор может эту задачу произвольно изменить, поскольку самосохранение вовсе не должно всегда быть важным свойством продукта. Поэтому я вижу корень эволюционной технологии в «информации, закодированной так, чтобы она сама преобразовывалась в желаемую материальную систему ». Если мы внедрим это правило в энергию и вещества, к которым жизнь не имеет доступа, то выйдем как из ограничений, характерных для всего живого, так и из ограничений, свойственных нашим многочисленным технологиям.

Следовательно, я считаю современную генную инженерию детской фазой молекулярной инженерии, как биологической, так и внебиологической. В настоящее время растет объем знаний о механизмах наследования. Создаются генные библиотеки и приспособления, позволяющие комбинировать выбранные гены под автоматическим (компьютерным) контролем. Прототипы этих приспособлений сократили время работ, длившихся до этого годы и месяцы, до недель, дней и часов. Вместе с тем новые открытия вроде открытия подвижных генов или немых, не кодирующих никаких наследственных черт, нарушают остов тезисов, принимаемых до сих пор за аксиомы. Подверглась сомнению аксиома, что мотором эволюции были только стихийные мутации. Спор о способах возникновения видов должен разгореться вновь. Я склоняюсь к версии, познавательно полезной, что два миллиарда лет, разделяющие возникновение прокариот от эукариот, были не застоем, не работой стихийной мешалки до момента наступления случайной «счастливой полосы», а временем, в котором генные структуры разжились составом, расширяющим их созидательный строительный потенциал. Присутствие стихийного фактора в наследственности несомненно. Однако если в геномах ничто не ограничивает стихийности, то генная инженерия не уйдет далеко от своих нынешних достижений, поскольку до конечного состояния, которое будет результатом серии случайных жребиев, напрямую нельзя дойти ни одним конкретным методом, так же, как и до результата в числовой лотерее. Если генератор разнородности случаен, а окружающая среда представляет только ограничитель его разброса, ничто, кроме другого случайного генератора, не сможет моделировать деятельность с тем же эффектом. И поэтому, чтобы получить основу для оптимистического прогноза, к первой гипотезе о раздельности самовозникновения жизни и информационных технологий жизни как создателя видов надо добавить вторую гипотезу о существовании не только случайного состава генов. Переформулировка сомнительных гипотез в последующих предположениях — это некое самоуправство. Однако на таких предположениях строится любой прогноз. Но при этом желательно знать, что было выдвинуто таким безапелляционным способом.

Надежды сторонников генной инженерии обращены сегодня на такие области, как сферы ее потребительского применения: пищевая промышленность (существуют уже бактерии, производящие съедобные белки), фармакология (есть микроорганизмы, производящие инсулин и другие гормоны), энергетика (среди других перспективными здесь кажутся фотобактерии), горное дело (микроорганизмы использовали в нем еще до появления генной инженерии, хотя скорее второстепенно), сельское хозяйство, охрана окружающей среды, медицина. Большой капитал еще воздерживается от больших инвестиций в эти области, ощущается отсутствие поддержки фундаментальных исследований. К концу столетия эта ситуация должна измениться к лучшему. Поскольку приведение здесь каталога достижений генной инженерии и ее ожидаемых вскоре достижений нарушило бы связность текста, ограничусь показом границ этой фазы конструктивной биологии. Первое ограничение — ресурсы доступных генов. Действительно, можно переносить гены высших организмов в низшие, чтобы бактерии производили, например, интерферон, но нельзя с помощью таких имплантаций соединять углерод и водород, чтобы получить топливные углеводороды, так как нет генов, прямо кодирующих этот процесс. Можно синтезировать гены, которых нет в природе, но гены — это строители и распорядители белков, следовательно, придется сначала проектировать такие циклы процессов, которые не входили до сих пор в репертуар биологического обмена веществ, а это уже задача совершенно другого порядка, несравнимо более трудная, чем относительно прямое (хотя также пока очень сложное и трудоемкое) введение генов, взятых из существующего в видах резерва. Это уже не извлечение слова из словаря, а образование неологизмов, но, чтобы неологизм имел смысл, он должен что-то означать. Здесь мы видим как раз второе ограничение , вытекающее из возможностей изменяемости организмов, ибо если геном — дирижер, то он не может навязать оркестру исполнение того, что тот не способен исполнить из-за отсутствия необходимых инструментов. Многие растения не способны сами усваивать азот из почвы не потому, что эволюция упустила при их строительстве определенный ген, а потому, что энергетика этих растений не допускает этого усовершенствования. То, что не выполняет ни один тип химических реакций, годящихся для запуска в живой клетке, не может быть успешно кодировано каким-либо геном. Однако если к этим самым конечным состояниям могут вести разные каталитические пути, это ограничение будет иметь характер относительный, и его смогут преодолеть знания проектанта вкупе с изобретательностью. Однако столь глубокие перестройки произойдут не скоро; быть может, мы приступим к ним в первой четверти XXI века. Преодоление порога ограниченной имплантации генов может также осуществиться довольно неожиданно, как бы с другой стороны, а именно при создании «ужасных гибридов», возникших из объединения клеток очень отдаленных друг от друга видов. Но эти проводимые уже сегодня скрещивания при всей их эффектности делаются вслепую, методом проб и ошибок, ибо не существуют даже изученные до конца генные карты организмов, и успех в виде полученной «помеси» — результат счастливого случая, который нельзя предвидеть.

Третье и последнее ограничение для созидающей биологии — это группа фундаментальных законов природы, таких, как законы сохранения и термодинамики. Они имеют характер запретов. Поскольку нельзя ни произвести энергию из ничего, ни меньшую превратить в большую, не сделают этого ни модифицированные, ни полностью синтезированные организмы. Недоступными сферами останутся также для них окружающая среда, губительная из-за высоких температур или большого уровня радиоактивности. Однако эти барьеры могут оказаться преодолеваемыми, когда биоконструктор начнет отказываться в своих созданиях от черт, обязательных для естественной жизни — способности к размножению или тепловой чувствительности белков. Сказав это, мы дошли до границы, отделяющей первую биологическую фазу экспериментирования с жизнью от следующей, парабиологической.

Напрашивается такое замечание. В качестве тягловой силы человек изначально использовал животных, однако сейчас более эффективны приспособления, ни в чем не похожие на лошадей. Подобного отклонения от возникших в ходе эволюции форм и функций естественных организмов я ожидаю в молекулярной биологии через пятьдесят—шестьдесят лет, то есть тогда, когда она перестанет быть sensu stricto [328] молекулярной биологией, преобразовавшись в химию парабиологического синтеза. Во многих случаях возникнут дилеммы: произошло ли уже опровержение правила omne vivum ex vivo [329] или еще нет. Такие проблемы классификации появятся тогда, когда генная инженерия и молекулярная биология создадут боковой отросток в виде веществ, часто с клеточным строением, отчетливо проявляющих черты жизни, но лишь некоторые, — как, например, способность к самовосстановлению и авторепликации, или неизвестные ни у каких видов варианты обмена веществ. Вещества, способные к упорядоченному росту, перерабатывающие почву в собственное вещество, с достаточно сложным строением, чтобы они могли, как живой организм, работать за счет собственной энергетики, вещества, с точки зрения биолога, «умирающие» после периода роста, а с точки зрения архитектора — застывающие в проектируемые формы, вещества, способные к образованию определенных предметов, образуют классификационные дилеммы скорее для философа, чем для инженера. Таким образом, огромная брешь, зияющая между неодушевленной и одушевленной материей, будет настолько заполнена, что попытки четкого разделения новых творений на биологическую или абиологическую природу станут беспредметными и будут свидетельствовать только о нашем умственном бессилии. Представим себе, как в растворе, содержащем ионы тяжелого металла, начинает развиваться создание с таким «обменом веществ», что выхватываемые из окружающей среды частички металла скапливаются у него внутри, и, когда это создание через некоторое время вынут из оживляющей ванны, можно будет получить из него запасную часть какой-нибудь машины так, как из телячьей ноги вырезали бы бедренную кость. Этот пример недостоин того, чтобы его понимать буквально, ибо он должен только показать, что означает выход за пределы биологии в парабиологию и какие понятийные трудности может вызвать такой шаг. Металлический объект действительно возникает при участии процессов, похожих на те, что происходят при окостенении скелета плода, но процессы эти являются с биологической точки зрения аберрацией, ибо не представляют собой фрагмент эмбриогенеза. В подобных ситуациях ничто, кроме принятия соответствующей конвенции, не позволит выполнять традиционные разделения. Появление полимеров, перенимающих некоторые свойства живых тканей, но имеющих одновременно и свойства, чуждые им, я предполагаю в середине следующего столетия. Они могут быть или продуктом псевдоорганизмов, выращенных именно с этой целью, или определенным этапом их «телесного роста». В приведенном выше примере псевдоорганизм можно отбросить после получения из него желаемого объекта, но желаемым объектом может быть и сам этот «организм», если речь идет о строительном материале на полпути между твердой соединительной тканью и пластичным веществом, которое должно застыть в изначально заданной форме.
[1] [2] [3] [4]