Юный техник, 2006 № 09

Журнал Юный техник

Вопросы эти возникли не из праздного любопытства. «Если мы на примере зебры поймем, как природа управляет раскраской шкур животных, то сможем глубже понять механику действия генома, выявим математические и химические формулы, с помощью которых будем целенаправленно формировать те или иные узоры, а также другие свойства образующегося организма», — говорит Джеймс Мюрей, профессор математической биологии университета в Сиэтле, США.

Профессор Мюрей считает себя последователем Алана М. Тьюринга — исследователя, который еще полвека тому назад на математических моделях попытался понять, в чем разница между механизмом и организмом.

Работы Тьюринга в свое время активизировали

исследования по созданию так называемого искусственного интеллекта. За прошедшие десятилетия компьютеры обрели возможность разговаривать, играть в шахматы, управлять многими производственными процессами. Дело дошло даже до того, что, общаясь по Интернету с невидимым собеседником, многие затрудняются определить, кто или что находится на том конце линии связи — человек или машина.

И, тем не менее, говорить о том, что компьютеры по своему интеллекту и прочим возможностям сравнялись с человеком, еще рано. Скажем, роботы уступают живым организмам не только в сообразительности, но и в живучести, умению приспосабливаться к меняющимся внешним условиям.

Пятна гепарда, узоры листьев — своеобразный «паспорт» представителей флоры и фауны.

Формула Пуанкаре, связывающая течение времени с пространством, наглядно может быть представлена в форме причудливого «бублика».

Почему так получается? Поразмыслив, исследователи ныне приходят к выводу, что все дело, наверное, в мутациях. Когда природа создает очередной организм, в геноме содержится лишь общий план его развития. Но по мере формирования организма, план этот конкретизируется в зависимости от обстоятельств. В итоге, например, все котята, даже будучи близнецами, отличаются друг от друга как по раскраске, так и по характеру, повадкам.

Механизмы же такого разнообразия не имеют. Их делают по одному стандарту. И нелепо требовать, скажем, от автомобиля индивидуального поведения, приспособления к изменившимся дорожным условиям. Но тогда, быть может, нам по примеру природы тоже стоит отказаться от конструирования и производства машин и перейти к их «выращиванию»?

* * *

Такую идею давно уже разрабатывают фантасты. Скажем, братья Стругацкие еще полвека тому назад описали некое киберяйцо, из которого в случае необходимости можно за несколько часов «вылупить»… вездеход.

Однако годы бегут, мы вошли в новое тысячелетие, а воз, как говорится, и ныне там. Почему?

«Все дело в неправильном научном подходе к решению проблемы, — полагает профессор Мюрей. — Пора менять саму стратегию развития прогресса»…

Но одно дело сказать, и совсем другое — сделать. Эволюционные биологи еще только в самом начале пути по превращению механизмов в организмы. По мнению Мюрея, полосы и пятна на шкуре тех же зебр или тигров, жирафов или леопардов возникают в результате включения соответствующего гена во время эмбрионального развития будущего организма. Ему и его коллегам даже удалось установить, что у животных с мелкими пятнами процесс пигментации включается на 35-й день развития плода, а у животных с крупными пятнами — на 45-й день.

«Мелких пятен больше, и их образование, наверное, требует больше времени», — поясняет профессор.

Однако ни он, ни его коллеги пока еще не знают тонкостей этого процесса. Эволюционные биологи только-только начинают понимать, что происходит в утробе матери, как бесформенная поначалу кучка зародышевых клеток постепенно превращается в сложнейший организм.

Тем не менее, исследования идут широким фронтом. Наибольших успехов ученые достигли в экспериментах на мухах-дрозофилах. Экспериментаторы уже не только научились управлять поведением мух, но и умеют выращивать у мух дополнительные глаза и лапки.

Проводятся опыты по искусственному выращиванию отдельных органов и у млекопитающих. Из стволовых клеток пациента у нас, в Институте биологии гена РАН, выращивают для него же участки новой кожи, кровеносные сосуды, ткани печени. На очереди, говорят медики, выращивание новых сердец, легких и других органов.

Уравнение Шредингера, описывающее движение электронов вокруг ядра, оказывается, напоминает картину кубиста.

* * *

Сейчас ученые готовятся сделать следующий шаг. Недавно эволюционный биолог, профессор Кристина Нюллейн-Фаллехард, смогла в деталях прояснить образование тех же цветовых сегментов у личинок насекомых, расшифровала биохимию процесса, который контролируют, как оказалось, многие гены, включающиеся в определенной временной последовательности.

Эти так называемые морфогены собираются в особых сейфах — гемобоксах. Именно их подбор впоследствии определяет вид развивающегося организма. Но как затем из этого набора получается геном — строгая последовательность генов, — ученые пока не знают. Они предполагают лишь, что в любом беспорядке есть некие критерии, приводящие его в определенную структуру.

Именно потому из бесформенного расплава при остывании рождаются кристаллы определенной формы, зародыш превращается в организм, а из толпы образуется общество…

Изучение этих законов только начинается. Однако уже понятно, что со временем количество действительно скачком переходит в новое качество. Во всех случаях сначала как бы накапливается некая масса, которая, превысив определенный предел, вдруг дает качественно новый результат.

Формула закона преломления Смеллиусапревратилась в подобие солнечных бликов на воде.

Все формы живого, в принципе, могут быть описаны математическими формулами.

Такие скачки необходимы, ибо благодаря им возникают новые формы жизни, максимально приспособленные к изменившимся условиям окружающей среды. И все эти изменения действительно могут быть прописаны химическими формулами, которые лежат в основе процессов, происходящих в молекулах, макромолекулах и более крупных конгломератах.