Сьюзан Хокфилд «Время живых машин. Биологическая революция в технологиях» - рецензия П. Можейко
«То, что мы пока не можем телеграфировать схему человека из одного места в другое, связано, в основном, с техническими трудностями…» (Норберт Винер «Человеческое использование человеческих существ»)
НАЗВАНИЕ: Время живых машин. Биологическая революция в технологиях
АВТОР: Сьюзан Хокфилд
ОРИГИНАЛЬНОЕ НАЗВАНИЕ: The Age of Living Machines: How Biology Will Build the Next Technology Revolution
ISBN: 978-5-00139-134-0
ГОД ИЗДАНИЯ: 2021
ИЗДАТЕЛЬСТВО: «Альпина нон-фикшн»
СЕРИЯ: «Книги Политеха»
КОГДА МНОЙ ПРОЧИТАНО: Январь 2024
ИСТОЧНИК: Оригинальная книга
О КНИГЕПосле своего появления и до современного состояния, наука прошла долгий путь от талантливых одиночек-универсалов, до сложных международных проектов, работающих над очень узкими темами, доступными для понимания лишь отдельным специалистам. Если раньше, несколько веков назад, один человек мог изучить и понять все доступные на тот момент научные знания, то сегодняшнему специалисту целиком недоступна даже его область. Такая фрагментация и узкая специализация имеет как свои достоинства, так и недостатки. Среди главных недостатков можно выделить снижение междисциплинарного взаимодействия. Просто физически сложно на достойном уровне химику, например, хорошо разобраться еще и в новейших открытиях физики или математики. С другой стороны, сегодня, когда автоматизация и компьютеризация движется семимильными шагами, забирая на себя рутину, на первый план выходит способность к творчеству и нестандартному мышлению. Это относится и к науке, когда появляются замечательные изобретения на стыке дисциплин.
Какие ассоциации у вас возникают, когда вы слышите название: «Массачусетский технологический институт»? Скорее всего, это что-то связанное с технологиями, с механизмами, роботами, компьютерами, удивительными инженерными устройствами. Вы будете правы, ведь это один из ведущих образовательно-исследовательских центров в мире в данной области. Если вас попросят назвать ключевые предметы тут, то скорее всего вы назовете математику, физику, химию, черчение, материаловедение, механику, информатику… Но как вам вот такая новость?
«С конца Второй мировой войны МТИ начал заниматься новой, зарождающейся областью науки – молекулярной биологией».
Конечно, современное чиновничество от образования в постсоветских странах легко бы избавилось от такой «глупости» на инженерных специальностях, тем более, что никакую идеологию в молекулярную биологию в отличие от «социологии» или «истории» не впихнешь. Но в МТИ люди удивительно прозорливые.
А вот вам еще один факт: первой женщиной на посту президента МТИ (после 15 мужчин до этого), стала Сьюзан Хокфилд, автор этой книги, и она же стала первым биологом на этой должности. К слову, сегодня президент МТИ (18-й) снова женщина, и снова биолог! Правда, репутация Салли Корнблат подмочена ее мягко говоря сомнительными заявлениями о нападении ХАМАС на Израиль в октябре 2023 года. А вот, что вспоминает о своем заступлении на пост в 2004 году Сьюзан Хокфилд:
«Вскоре после того, как я приехала в Массачусетс, декан Инженерной школы сообщил мне, что треть из 400 преподавателей-инженеров МТИ используют в работе биологический инструментарий. Администрация института понимала, что в XXI в. это взаимопроникновение дисциплин может создать потрясающие способы превращения идей в технологии».
Таким образом, биология уже давно и прочно поселилась в крупнейшем технологическом ВУЗе мира и более того, плодотворно работает на приближение человечества к тому, что автор книги называет «Слиянием 2.0».
Под «Слиянием 1.0» Сьюзан Хокфилд понимает синтез физики и инженерного дела в начале и середине ХХ века, что кардинально изменило мир, подарив человечеству атомные станции и ядерное оружие, компьютеры и интернет, освоение космоса и современный высокоскоростной транспорт, различные устройства для коммуникации и хранения информации. «Слияние 2.0» по мнению автора должно произойти (и уже происходит) на стыке инженерного дела и биологии. Именно отточенная гибкость и экономность живых организмов, тканей, клеток, вирусов и бактерий, в совокупности с технологическими инструментами считывания информации, доставки к органам, анализа данных и методов контроля, позволит технологиям и нашей цивилизации выйти на новый уровень.
«На самом общем уровне правильная установка нескольких рычагов управления на нашей инновационной “приборной панели” принесет огромную выгоду. Из опыта Слияния 1.0 в ХХ в. нам уже известно, как это работает: увеличение федерального финансирования фундаментальных исследований, которое поощрит междисциплинарные и межорганизационные проекты и обучение, разработка методов передачи технологий, которые ускорят проникновение новых идей на рынок, развитие бюджетно-налоговой политики, которая поощрит инвестиции в долговременные отрасли, требующие большого притока капитала, а также введение иммиграционной политики, делающей наши научные изыскания притягательным магнитом для талантливых людей со всего мира. Придерживаться такой стратегии – это вовсе не невозможная задача. Но, чтобы раскрыть весь потенциал Слияния 2.0, нам нужно пересмотреть структуру образовательных учреждений и исследовательских лабораторий, финансовых организаций и бюджетной политики, которая в данный момент препятствует пересечению различных отраслей знания».
Сьюзан Хокфилд рассказывает о тех организационных инструментах, которые она внедряла в МТИ для стимулирования междисциплинарного взаимодействия, но при этом отмечает, что не все препятствия можно решить внутри института.
«Со временем границы факультетов и наук могут закоснеть. У каждой науки есть своя история, свой словарь, свое определение проблем и эффективные пути к открытиям. Все это разрушает междисциплинарное сотрудничество и понимание – именно те компоненты, которые необходимы, чтобы ускорить научное слияние того рода, о котором я говорила выше. Во время моей работы в МТИ мы старались разрушить барьеры, препятствующие междисциплинарному сотрудничеству и пониманию. Например, создав Институт интегративных исследований рака имени Дэвида Кока, где объединились биологи, инженеры и врачи-клиницисты, мы начали с предварительного условия: каждый сотрудник института должен был изучить часть профессионального языка и подходов к решению проблем представителей других отраслей. В этом плане такие семинары, как “Бесплатные консультации инженеров”, “Взаимное влияние”, “Доктор пришел”, давали людям способ заполнить пробелы в своих знаниях. Мы не хотели, чтобы к инженерам просто обращались как к “поставщикам услуг”, когда биологи зайдут в тупик. Такой подход быстро принес плоды. Новое сотрудничество вело к новым открытиям».
И тут хочется еще особо отметить замечания президента МТИ о важности частного финансирования научных исследований (об объемах которого, например, в Беларуси, можно только мечтать):
«Частные и общественные научные исследования играют разные роли: при государственных научных исследованиях федеральные источники поддерживают в основном ранние разработки, в то время как частный, промышленный сектор исследований сосредоточен на введении научных открытий в имеющиеся на рынке продукты. У нас должно быть и то и другое, эти направления не являются взаимозаменяемыми. <…> Есть и еще одно значительное препятствие, мешающее нам воспользоваться большинством возможностей, которые предлагает Слияние 2.0. Финансируемые из федеральных источников исследовательские гранты обычно основываются на моделях “одинокого искателя приключений” или “одной дисциплины”, которые довольно сложно приспособить ко всеобъемлющему междисциплинарному сотрудничеству в стиле слияния».
Разница между государственным и частным финансированием может покрыть временное плечо, которое иногда занимает долгие годы, от фундаментальных исследований до практического поступления на рынок основанных на их результатах изобретений.
Вся эта романтика «Слияния 2.0» - на самом деле завершающая глава книги, ее суть и цель, к которой ведет Хокфилд читателя через описание ряда вдохновляющих изобретений, которые в скором времени могут изменить несколько сфер нашей жизни. Вот они:
1) Аккумуляторы из вирусов большой емкости и без отходов производства (энергетика, транспорт, приборостроение);
2) Водяные молекулярные фильтры с мембранами, на основе клеточных водяных насосов аквапоринов (обессоливание морской воды, а следовательно, доступ к дешевой чистой воде значительного числа нуждающихся, устранение загрязнений, компактные фильтры воды для космических программ);
3) Обнаружение раковых опухолей на самых ранних стадиях, точная локализация очагов, доставка антираковых препаратов непосредственно к больным клеткам с помощью наночастиц (победа над одним из самых зловещих заболеваний, присущему все дольше живущему человечеству);
4) Протезирование, основанное на считывании и быстром компьютерном анализе движений мышц и сигналов в нервных волокнах (возвращение качества жизни инвалидов к нормальному уровню, борьба с параличами и возрастными болезнями, экзоскелеты для работ в трудных условиях, трансформации тела);
5) Натурный компьютерный анализ роста растений по множеству показателей, включая как генетику, так и сопутствующий ей фенотип (поиски оптимальных культур для конкретных условий, исходя из всего комплекса факторов ДНК и окружающей среды).
«Нам выпало стать свидетелями появления гениальных и чрезвычайно мощных биологических инструментов: вирусов, которые могут самостоятельно формировать элементы питания; белков, способных очищать воду; наночастиц, умеющих находить и уничтожать раковые клетки; протезов, которые могут читать мысли; компьютерных систем, повышающих урожайность культур. Новые технологии словно сошли со страниц фантастических романов, но они реальны. Разработка многих из них продвинулась уже очень далеко, и каждая ведет свое начало из одного и того же революционного источника – соединения биологии и инженерного дела. Эта книга рассказывает о том, как происходит этот синтез, – о значительных научных открытиях, соединивших две такие разные области знаний вместе, и об исследователях-новаторах, использующих это слияние, чтобы изобретать инструменты и технологии, которые изменят нашу жизнь в наступившем столетии».
Эту небольшую книгу (всего-то 200 страниц), можно рассматривать, как парад современных технологических достижений. С этой точки зрения она очень хороша. Каждое изобретение описано подробно, доступным неспециалисту языком, где это необходимо, даны поясняющие схемы/иллюстрации. Что важно, Сьюзан Хокфилд не просто рассказывает о каждом изобретении, как о свершившимся факте, а через историю авторов изобретения, через постепенное раскрытие ими идеи, показывает, как усложнялась первоначальная задумка, какие трудности встречали изобретатели на своем пути и к каким последствиям приведет внедрение продукта на мировой рынок. Это делает чтение увлекательным, и показывает изобретательство как процесс. Благодаря этому, можно увидеть, как биология то тут, то там порой весьма причудливым образом примыкает к инженерии, рождая нечто большее, чем каждая из дисциплин по отдельности. Это и есть то самое «Слияние 2.0» в действии, знамя которого поднимает автор этой книгой.
Хотя тема этой работы важна, трудно назвать «Время живых машин» книгой, которая обязательна к прочтению. Но если вы увлекаетесь наукой и технологиями, ищите примеры того, как причудливо и успешно могут сочетаться разные науки, то увлекательное и познавательное чтение вам обеспечено.
И напоследок в виде небольшого цитатника несколько слов о пяти описанных в книге изобретениях.
ИЗОБРЕТЕНИЯКак родилась идея «живого» аккумулятора?
«Галиотис может прожить до 50 лет. Независимо от размера каждая раковина имеет одну и ту же форму, цвет и текстуру: шершавую снаружи и глянцевую, перламутровую изнутри. Каждая украшена изящной аркой из находящихся на равном расстоянии друг от друга отверстий, через которые животное «дышит». Это шедевр биоинженерии, и, начав изучать формирование раковины, Анджела Белчер задалась вопросом: если ДНК галиотиса содержит код, позволяющий белкам так эффективно собирать морские элементы, чтобы создавать ракушки, то, возможно, мы сможем отдавать приказы ДНК других организмов, чтобы собирать другие элементы и выполнять другую работу. Если это так, то не получится ли, как она предлагала в своей первой заявке на грант, заставить вирусы собирать элементы, использующиеся в полупроводниках, такие как арсенид галлия и кремний, и создавать электронные компоненты? И если это можно сделать, какие более масштабные задачи реально было бы решить с помощью вирусов? Могла бы Белчер использовать их, чтобы организовать компоненты аккумулятора? Ее инженерный ум работал все активнее, обдумывая различные способы применения. «Если галиотисы могли миллионы лет создавать все эти раковины, не выделяя токсичных веществ, – так рассказывала мне Анджела о своем моменте озарения, – почему бы людям не делать все, что им нужно, не загрязняя окружающую среду?» <…>
Разумеется, ни один из вирусов не эволюционировал, чтобы стать батарейкой, но Энджи Белчер определила, что структура одного из вирусов, а именно бактериофага М3, практически идеально подходит для того, чтобы решить некоторые задачи, которые стоят перед конструктором аккумуляторов. Белчер нашла, как направить эволюцию М13, чтобы превратить его в крошечную фабрику по сбору батарей. Ее основанные на вирусе М13 аккумуляторы могут сохранить больше энергии при меньшем объеме, а также эти вирусы могут создавать батареи при значительно меньшей температуре и с меньшим количеством токсичных отходов, чем при обычном процессе производства. <…>
Вирус М13 выглядит как трубка – чрезвычайно маленькая, чрезвычайно тонкая трубка, украшенная нитевидной бахромой. Отдельный вирус М13 имеет размеры немного меньше 1000 нанометров (нм) в длину и немного меньше 10 нм в ширину. Таким образом, пропорции М13 напоминают очень длинный вариант лакричного карамельного жгута Twizzler длиной в шесть карамельных жгутов и шириной только в один. Трубка М13 перекручивается, что также немного напоминает жгут Twizzler, и состоит примерно из 2700 копий одного белка, который называется p8. Белки p8 расположены очень компактно и упорядоченно. Белчер распознала потрясающий потенциал М13 с точки зрения уплотнения: если каждый из этих 2700 белков оболочки превратить в место связывания, к которому присоединить важную для батареи структуру, ее основанные на М13 электроды смогут заряжаться и разряжаться с исключительной скоростью».
Три шага трансформации вируса «под аккумулятор»:
«Вирус М13 можно изменить так, чтобы связать материалы для батареи. (А) Вирус М13 имеет вытянутую, цилиндрическую форму с оболочкой, состоящей из 2700 копий белка p8. На одном конце находятся нити белка p3, который обычно является посредником для прикрепления к клетке-хозяину. (В) Варианты М13 с модифицированными белками p8, что позволяет им связываться с материалами батареи, такими как оксид кобальта (маленькие сферы). Частицы оксида кобальта как бы украшают цилиндрическую основу. (С) М13 может быть модифицирован и дальше, так, чтобы белки p3 связывались с однослойными углеродными нанотрубками (УНТ)».
Про батареи и электромобили:
«Помимо технических ограничений самих батарей стандартный процесс их производства требует очень высокой температуры (подумайте о расходе энергии), а также дает высокотоксичные побочные продукты. Оценки очень отличаются, но в 2017 г. Шведский научно-исследовательский институт по проблемам окружающей среды (IVL) высчитал, что при создании одного аккумулятора для электромобиля может выделяться такое количество отходов, которое эквивалентно 20 т углекислого газа, получающимся при сжигании 8500 л бензина. Так что, садясь за руль своего электромобиля, прежде чем почувствовать себя поддерживающим экологию благонравным водителем, нужно оценить, во что обошлось создание аккумуляторов (с точки зрения затрат электроэнергии и выделения углекислого газа), и то, из какого источника поступает электричество для перезарядки батареи (с гидроэлектростанции или с электростанции, где сжигаются горючие ископаемые)».
Аквапорины и очистка воды:
«С помощью счастливого случая и великолепной “розыскной деятельности” Питер Агре нашел тот самый неуловимый водный канал. Он назвал его “аквапорин”. Вскоре стало ясно, что ученый открыл только первый белок из, как нам известно сегодня, целого семейства аквапоринов, которые обнаружили буквально во всех организмах на Земле: в животных и растениях, в бактериях и грибах. Благодаря великолепному биологическому исследованию Агре водные каналы оказались в руках не только ученых, но и инженеров, и предпринимателей, некоторые из которых теперь надеются применить аквапорины для масштабной очистки воды».
Подробнее об электричестве в нашем теле и каналах в клеточных мембранах читайте книгу Фрэнсис Эшкрофт «Искра жизни. Электричество в теле человека». Ссылка на мою рецензию с конспектом ТУТ!
Строение аквапоринового канала:
«Структура канала аквапорина – своеобразные “ворота” – распознает атомные характеристики воды и позволяет входить в клетку и выходить из нее только молекулам с определенными характеристиками. Она блокирует соли, кислоты и другие молекулы. Тем не менее в отличие от “ворот” компоненты “белковой машины” не сделаны из металла и пластика. Белки – это скорее нити с бусинами, соединенными в очень строгом порядке. Бусины на этих нитях белка – аминокислоты, они представлены в 20 разновидностях. Нити аминокислот свиваются в четко упорядоченные структуры, которые формируют части белкового механизма. Две важные характерные черты определяют особую структуру и функцию каждого белка. Во-первых, бусины аминокислот каждого белка расположены в уникальном порядке. Разновидностей аминокислот может быть только 20, но если вы представите, что белок содержит более сотни аминокислот, то комбинаций их может быть великое множество. Во-вторых, одни аминокислоты притягиваются, а другие отталкиваются. Эти силы притяжения и отталкивания являются причиной того, что каждая нить аминокислот завивается в особую форму; именно эта форма позволяет белку выполнять свои функции».
Кто и когда задумался о таких фильтрах?
«В 2000 г. история с аквапорином приобрела совершенно новый поворот, когда Мортен Остергаард Йенсен, тогда работающий над своей диссертацией в области биофизики в Университете Иллинойса, прочитал доклад Агре об атомной структуре аквапорина. Во время выступления Йенсена озарило: что, если есть возможность использовать канальный белок для очистки воды не только в клетках внутри живых организмов? Что, если можно сделать основанные на аквапорине водяные фильтры, чтобы очищать воду для нас всех и удовлетворять растущие потребности цивилизации в пресной воде?»
Трудности производства:
«Хеликс-Нильсен и его команда столкнулись с трудностями. Между современными биопрепаратами и аквапорином существует кардинальное отличие. Клетки, производящие большинство сегодняшних биофармацевтических лекарств, выполняют свою работу, выделяя белки в жидкость, окружающую их. Эти выделяемые белки можно собрать вместе с жидкостью, в которой находятся клетки, и очистить их. Но, как доказал Агре, аквапорин находится в клеточных мембранах. Клетки, производящие аквапорин, не выделяют его в окружающую жидкость, они помещают его в мембраны. Чтобы собрать белок, команда Aquaporin A/S должна была вначале выделить мембраны, а затем разработать способы разрушить их, чтобы извлечь аквапорин, – два сложных процесса, которые не переносят многие белки».
Как встроить аквапорин в искусственные мембраны?
«Бочкообразные стенки “песочных часов” аквапорина, как и все остальные части белка, состоят из аминокислот. Некоторые из этих аминокислот растворяются в воде (они являются гидрофильными, водовосприимчивыми), а другие растворяются в жире, а не в воде (их называют гидрофобными). Внешняя поверхность “бочонка” аквапорина состоит из гидрофобных аминокислот, которые ищут липидную среду. Принимая все это во внимание, когда Хеликс-Нильсен и его команда подготовили очищенный аквапорин, все, что им нужно было сделать, – это смешать его с напоминающими липидную мембрану сферами, сделанными из специальных полимеров, и аквапорины естественным образом встроятся в оболочку таких сфер. Следующим шагом было создание фильтра из этих очень маленьких сфер, основанных на полимерах и содержащих аквапорин. <…> В 2012 г. Хеликс-Нильсен и его помощники из Центра мембранных технологий в Сингапуре сумели разработать пузырьковый лист, который был дешевле и прочнее сглаженного, и продемонстрировали, что транзит воды через пузырьки, который требовал, чтобы каждая молекула проходила через два аквапориновых канала, не слишком замедляет фильтрацию воды».
Наночастицы против рака:
«Чтобы перевести войну с раком на новый уровень, нам нужны более точные, безопасные, быстрые и дешевые способы ранней диагностики заболевания. Благодаря недавнему открытию Сангиты Бхатии, биоинженера и врача по образованию, которая стала первооткрывателем в удивительном мире применения наночастиц в медицине, возможно, скоро у нас будут такие методы. Бхатия разработала методику исследования мочи, которое может обнаружить рак на значительно более ранней стадии, когда клеточные скопления в 20 раз меньше, чем те, которые могут обнаружить лучшие современные методы визуализации. Этот тест, как надеется исследовательница, вскоре станет таким же быстрым, надежным и дешевым, как тесты на беременность, лежащие на прилавках всех сегодняшних аптек. <…>
Для Сангиты Бхатии и других исследователей особенный интерес представляет последнее поколение наночастиц, которые можно собирать и обрабатывать бесчисленным множеством способов, чтобы превратить в новое поколение биомедицинских инструментов. Именно эти наночастицы в конце концов позволили Бхатии разработать ее прорывной метод диагностики рака. <…> Что, если она сможет сделать наночастицы, которые станут по отдельности проходить по кровотоку, а затем группироваться в кластеры тогда, и только тогда, когда доберутся до нужной ткани? Вместо того чтобы придавать наночастице белковый “индекс”, который доставит ее по “адресу” определенной ткани, Бхатия представила себе новый вид “меток”, которые будут использовать биологические свойства целевой ткани, чтобы заставить наночастицы группироваться только в ней. <…>
Чтобы не дать наночастицам связаться и образовать кластер во время движения по кровотоку, команда Бхатии придумала “щит”, чтобы спрятать связывающие белки друг от друга. Для этого щита они использовали инертное вещество (полиэтиленгликоль, ПЭГ) и привязали его к наночастице, применив короткий сегмент белка. Щиты ПЭГ позволили наночастицам, связывающие белки которых теперь были спрятаны, проходить через кровоток, не соединяясь друг с другом и не перекрывая кровеносные сосуды. <…> Бхатии и ее команде предстояло понять, как убрать эти щиты, но только в нужном месте. При решении задачи Бхатии пришла прорывная идея: что, если она сможет присоединить задание по удалению щита к какой-либо характерной для ткани деятельности? Воплощая эту мысль в жизнь, исследовательница разработала гениальную стратегию: она присоединит щиты к наночастицам белком, который целевая ткань разрушит, используя свои собственные, характерные для нее ферменты. <…>
Придумав гениальную комбинацию связывающих белков и удаляемый ПЭГ щит, который Бхатия называла “синтетическим биомаркером”, ученые нашли успешный и практически осуществимый метод, чтобы заставить наночастицы сгруппироваться в целевой ткани. Это означало, что теперь они могут воспользоваться МРТ, чтобы заглянуть внутрь этой ткани. Если сканер найдет в ней патологический процесс, исследователи смогут переработать ту же стратегию работы с наночастицами, чтобы отправить конкретное лекарство непосредственно в саму ткань, где наночастицы сгруппируются, чтобы лекарство в высокой концентрации воздействовало в определенном месте, скоординированно и прицельно».
Новое протезирование:
«Стратегия Össur состоит в том, чтобы опираться на биологические особенности носителя и не пытаться воссоздавать или изобретать заново нервно-мышечную систему. Цель компании – помочь людям восстановить утраченные функции, а не создать новые или дать возможности Супермена. В результате Össur направляет свои усилия на биологические процессы, задействованные при движении и управлении мышцами, например на те, которые происходят в ноге. Для того чтобы дать возможность человеку намеренно двигать протезом голени и ступни, Össur прибегает к помощи работоспособных элементов нервно-мышечной системы, сохранившихся после ампутации. Вспомните о том, что двигательные нейроны в спинном мозге имеют длинные аксоны, которые протягиваются через всю конечность, активируя мускулы, используемые при определенном движении. Нервная система в месте ампутации остается в неизменном состоянии, а при большинстве операций ниже колена сохраняется часть мышц нижней части ноги, которые в нормальном виде поднимают или опускают стопу в голеностопном суставе. Понимая это, Össur разработала совместимые с живыми тканями беспроводные электроды, которые ощущают движение мышц. Миоэлектрические сенсоры имплантируются в мышцы, которые в обычном состоянии управляли бы вытягиванием и сокращением лодыжки (когда пальцы ноги, соответственно, указывают вниз или вверх) и которые реагировали бы на сжатие или расслабление мышц. Введенные в мышцы сенсоры посылают сигналы в приемный аппарат, расположенный в манжете протеза. Он передает информацию на контролируемые компьютером моторы в искусственной голени, которые ее растягивают или сжимают, чтобы поднять или опустить искусственную стопу. <…>
Когда такие технологии станут более распространенными, проводящие ампутации хирурги будут делать операции по-другому. Ожидая установку пациенту управляющихся в соответствии с его намерениями протезов, врачи будут бороться за то, чтобы сохранить работу мышц на конце ампутированной конечности так, чтобы сделать возможным использование “умных” протезов».
Преодоление параличей:
«Джон Донохью увидел, что существует возможность сохранения активности нейронами первичной двигательной коры, несмотря на нарушение связи, препятствующее произвольным движениям после травмы спинного мозга. Он задался вопросом, не удастся ли записать активность этих нейронов, чтобы понять намерение человека, а потом придумать альтернативные средства, чтобы превратить это намерение в движение. Если это удастся сделать, то, возможно, он сможет обеспечить людям, парализованным из-за травмы или болезни, способ физического взаимодействия с миром. Чтобы изучить такие возможности, ученый объединил усилия с рядом коллег – врачей, инженеров и нейробиологов. В начале 2000-х гг. они разработали интракортикальный нейрокомпьютерный интерфейс (НКИ), записывающий активность головного мозга, а затем передающий ее на компьютер, который использует эти записи для управления движением».
Интересное замечание про инвалидность:
«Начав говорить, Герр оглядел аудиторию и обнаружил, что многие из присутствующих пользуются меняющей жизнь технологией протезирования – они носят очки. Плохое зрение может осложнять жизнь, отметил он, но мы не считаем тех, кто плохо видит, инвалидами. Почему? «Потому что у нас есть великолепная технология, позволяющая людям с плохим зрением вести полноценную жизнь», – сказал Герр. Аналогия идеально отражала то, чего он надеется достичь с протезами. Начав рассказывать о своей работе, Герр закатал вначале одну штанину брюк, а потом другую, постепенно продемонстрировав, к величайшему удивлению аудитории, протезы голеней и ступней. Сомневаюсь, что кто-то, видевший, как Герр входит в комнату и начинает говорить, посчитал его инвалидом по той простой причине, что он носит протезы, которые делают свою работу так же хорошо, как очки выполняют свою. Стоя на ультрасовременных искусственных ногах с работающими при помощи компьютера голенями, Герр закончил речь такими словами: «Мы называем создавшееся положение инвалидностью только до тех пор, пока доступные нам технологии не позволяют его преодолеть. Давайте вычеркнем ампутации и параличи из списка заболеваний, ограничивающих возможности».
Новая ботаника:
«Осенью 2017 г. я оказалась в полутемном вестибюле Центра растениеводства имени Дональда Данфорта рядом с Сент-Луисом. Сквозь маленькое окно я смотрела на “Дом роста” площадью около 70 м2. То, что я видела внутри, напоминало мультипликационный фильм: под ярким светом, который заставлял листья сиять неестественным оттенком ярко-зеленого, примерно тысяча маленьких и средних растений исполняла тщательно отрежиссированный танец. На самом деле они двигались вдоль конвейерных лент общей длиной 180 м. Появляясь из центральной зоны, растения одно за другим залихватски переходили на очередной конвейер, перепрыгивали на следующий и время от времени останавливались на различных станциях, делая полный круг по всему помещению. У каждой станции была своя особая функция. На одной каждому растению доставалась доза воды, необходимая именно ему. На другой то же самое происходило с удобрениями. На третьей записывался вес. Еще на одной под разными углами делались цифровые фотографии, регистрирующие такие параметры, как высота, обхват и количество листьев, а также размер и рисунок ветвей. На следующей станции фотографии делались в инфракрасном свете, чтобы записать содержание воды. Этот танец продолжался, пока растения не возвращались на свои места на центральном участке, а на следующий день все начиналось заново. Свет, температура и влажность в комнате устанавливали точно и контролировали очень тщательно. Ученые, проводившие исследования в этом помещении, могли поднимать температуру до критических величин, проводя стресс-тесты, и манипулировать со спектром света и его интенсивностью, чтобы проверить способность к фотосинтезу, приспособляемость к тени и т. д. <…> Таким образом, комплекс без всякого вмешательства людей мог отследить, чтобы все изображения и подробные измерения тщательно фиксировались, а индивидуальное выделение удобрений и воды правильно применялось, причем часто в течение всего жизненного цикла растения. Эта работа соединяет биологию и инженерию, чтобы помочь нам понять особым, новым образом, как генетическое наследство растения в сочетании с окружающей его средой со временем создает все особенности и качества, которые вместе называются фенотипом. Попытка впечатляющая: ученые из Данфорта собирают генетическую и фенотипическую информацию о своих растениях в форме, которая поддается многофакторному компьютерному анализу».
Еще про один ботанический полигон:
«Комплекс в Марикопе – это “Дом роста” на стероидах. TERRA-REF, совместный проект сельскохозяйственного центра Аризонского университета в Марикопе и отделения сельского хозяйства Научно-исследовательского центра по изучению засушливых земель, собравший более 15 участников, превратил поле размером 20 × 200 м в то, что, возможно, является самым крупным полевым комплексом фенотипирования в мире. На поле может находиться до 80 000 отдельных растений, которые представляют 400 различных вариаций генотипа. Оно снабжено сложной контрольно-измерительной аппаратурой под названием Lemnatec Field Scanalyzer, состоящей из металлической платформы на стальных рельсах, скользящей туда и обратно по всей длине поля. На платформе находится набор камер, которые собирают все виды фенотипической информации о растениях, то есть размер, скорость роста, расположение листьев, цвет, форма, урожайность, устойчивость к заболеваниям и влагопоглощение. Эта информация ежедневно записывается по каждому отдельному растению в течение всего периода его роста и созревания. Как и “Дом роста”, комплекс в Марикопе использует новые технологии визуализации и вычислительные мощности для того, чтобы обеспечить анализ одного растения за другим при очень высоком разрешении».
МОЕ МНЕНИЕ ОБ ИЗДАНИИ:
Качественное издание в традиционном для «АНФ» оформлении.
Формат стандартный (145x215 мм), твердый переплет, без суперобложки, 236 страниц, иллюстрации.
Достоинства издания: научные редакторы (кандидаты биологических наук Мария Осетрова и Виктория Гинанова); хорошее качество печати; белая бумага; твердый переплет; наличие колонтитулов; хорошо выделенные заголовки; примечания; предметно-именной указатель; иллюстрации с подписями; информация об авторе.
Недостатки издания: не обнаружено.
ПОТЕРЯЛ БЫ Я ЧТО-НИБУДЬ, ЕСЛИ БЫ ЕЕ НЕ ЧИТАЛ:
Больше да, чем нет. Мне интересна наука и инженерное дело, и узнать о том, как инженерия сочетается с биологией на пике современных технологий было увлекательно и полезно. Также интересной показалась концепция «Слияния 2.0», с которой трудно не согласиться.
КОМУ ПОРЕКОМЕНДОВАЛ БЫ:
Тем, кто увлекается современной наукой и технологиями, кто хочет узнать, какие результаты может дать слияние инженерного дела и биологии.
ТЕГИ: Нон-фикшн, науч-поп, биология, инженерное дело, физика, химия, технологии, наука, синтез, изобретения, МТИ.
ВИДЕО В ТЕМУ: Видео от проекта «Veritasium», в котором показаны молекулярные машины в нашем теле. Это чистая биология, но похожая на произведение инженерного искусства.
https://vk.com/pavelmazheikabooksreview
https://t.me/pavelmazheikabooksreview
Другие мои рецензии на страницах:
Группа "ВКонтакте":
https://vk.com/pavelmazheikabooksreview
Канал в "Телеграм":