Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5  6 | Следующая страница реферата

Если говорить обобщенно то интерес ученых вызывали уникальные метаболические процессы, происходящие в организме изучаемых животных и рыб, как в комфортных, так и в экстремальных условиях существования. Расшифровка маршрутных карт вида «ген – белок – биохимическая реакция» позволяла сравнить механизмы реализации одинаковых признаков и функций у разных организмов. В дальнейшем происходил отбор элементов природного «биологического конструктора», пригодных для использования в качестве универсальных строительных блоков при создании улучшенных, трансгенных и кибернетических организмов, сконструированных по воле и желанию человека. Расшифрованные маршрутные карты постоянно пополнялись, уточнялись, сопоставлялись с фундаментальными признаками и процессами, свойственными земной биосфере, и занимали свое место в общей картине метаболизма белковой жизни на Земле.

Закономерным следствием совершенствования компьютерных моделей, отображающих метаболические процессы в организме человека, животных и растений, стали интенсивные работы по оптимизации (улучшению) природных белковых молекул. На первом этапе это были теоретические исследования, проводимые на компьютерных моделях. Они осуществлялись с применением технологий конструирования химических соединений с заданными свойствами и технологий компьютерной визуализации параметров и свойств модели. Практическое воплощение полученных результатов не являлось делом далекого будущего, а скорее наоборот. В одной связке с конструкторами-химиками трудились специалисты по генной инженерии и биотехнологиям, готовые в краткие сроки реализовать полезные теоретические разработки. Однако путь от компьютерной модели белковой молекулы до ее синтеза был все еще длительным и трудным делом, особенно если речь шла не о существующих в природе, а о сконструированных виртуально молекулах белка. Работы эти были чрезвычайно перспективны, поскольку затрагивали основы эволюции, и как ожидалось, со временем должны были привести к качественному скачку в развитии земной биосферы.

Для улучшения природных белков и для синтеза новых с заданными свойствами вначале выбирался белок-прототип. При этом исследователи нуждались в исчерпывающей информации о строении и изменениях пространственного расположения частей белковой молекулы в процессе ее сворачивании в трехмерную структуру, включая местоположение и очередность сшивок ее частей. Столь же важными являлись полные знания о процессах синтеза белка-прототипа в организме, о генах, кодирующих его свойства, о реакциях, сопутствующих синтезу этого белка в живой клетке. Полные знания позволяли представить процесс функционирования белковой молекулы в виде последовательности изменений расположенных в пространстве поверхностей потенциальной энергией с заданной точностью. После создания компьютерной модели заданной степени точности происходили работы по ее улучшению. Если целью работы являлось улучшение функции белка, то для получения качественного результата создавались компьютерные модели молекул химических соединений, которые также участвовали в реализации этой функции. Компьютерная модель белковой молекулы улучшалась путем оптимизации пространственного расположения поверхностей потенциальной энергии. При этом отбирались наиболее подходящие варианты с точки зрения осуществления базовой функции в существующем окружении сопутствующих химических соединений. Дальнейший отбор аминокислот и других химических соединений, участвующих в построении белковой молекулы с улучшенными свойствами и вписывающихся в пространственное расположение поверхностей потенциальной энергии, производился путем перебора вариантов с использованием компьютерных моделей аминокислот и других химических соединений.

В тех случаях, когда улучшаемый белок удовлетворительно выполнял свои функции, но сама белковая молекула была неустойчива, либо слишком подвержена сторонним энергетическим воздействиям, требовалось улучшение самой белковой молекулы, при условии что пространственное распределение поверхностей потенциальной энергии не изменится. При этом в белковую молекулу вводились элементы, (это могли быть как аминокислоты, так и другие химические соединения) укрепляющие, усиливающие слабые места в ее пространственной структуре. Эти структурные элементы не должны были образовывать нежелательные химические связи и участвовать в других биохимических реакциях. Таким образом, к концу тридцатых годов двадцать первого века наука подошла к практическому улучшению пространственной структуры и функций природных белковых молекул и созданию искусственных белковых молекул с улучшенными свойствами.

Прогресс в науке и технике остановить невозможно. И если общественное мнение выступает против каких-либо процессов и тенденций в науке и технике, это совсем не означает, что работы в данном направлении будут прекращены. Любое государство поступает вне морали, когда дело касается вопросов собственной безопасности либо монопольного положения в стратегических областях. Именно в таком ключе развивался процесс улучшения человеческого организма, когда во многих странах мира в тайне и вопреки общественному мнению начались интенсивные работы по созданию улучшенного человека в военных целях. Существующий уровень науки и техники еще не позволял внедрять в генетический материал взрослого человека искусственно созданные гены, ответственные за исполнение новых функций и тем самым получать генетически модифицированного человека на базе взрослой особи. Зато десяткам индустриальных стран вполне по силам было вырастить улучшенного человека непосредственно из яйцеклетки, заменив в ней предварительно некоторые гены. Имплантируемые гены, в зависимости от назначения и цели эксперимента, могли нести информацию о каком-либо морфологическом признаке, который был заметен еще у эмбриона или новорожденного, или же определял ход развития человеческого организма в определенном возрасте.

Для получения результатов подобных экспериментов требовалось от нескольких месяцев до нескольких лет. В этих экспериментах использовались исключительно естественные человеческие гены, взятые из банка данных генов человека. Разумеется, военные исследовательские группы не интересовали морфологические признаки, определяющие красоту или правильные пропорции человека. Их предпочтения были направлены на создание сверхсильного, выносливого, исполнительного человека, неприхотливого к окружающим условиям. Подобная цель могла быть достигнута использованием тех генов, многие из которых принято было относить к разряду дефектных, поскольку их реализация приводила к различным уродствам. В обыденной жизни наличие у человека таких признаков считалось отклонением от нормы, генетическим заболеванием и подлежало раннему выявлению и лечению.

Кроме исследований такого рода, в нескольких авторитарных странах проводились, в обстановке строгой тайны, эксперименты по внедрению в наследственный материал человека естественных генов животных, растений, микроорганизмов. Подобные работы имели своей целью разработку новых видов генетического оружия и отличались крайним цинизмом, игнорированием всех норм морали. Здесь же разрабатывались другие разновидности генетического оружия, направленного на прижизненную трансформацию организма человека в химерный нежизнеспособный организм.

В отличие от многочисленных попыток экспериментирования с геномом человека, носящими, за редким исключением тайный характер, эксперименты по созданию трансгенных растений, микроорганизмов и, в меньшей мере, животных, стали повседневной реальностью естественных наук. Успешные попытки улучшения некоторых земных организмов путем оптимизации генома за счет внутривидового генофонда и удачный опыт трансгенного межвидового переноса полезных признаков, подготовили теоретическую основу и способы практической оптимизации генома искусственными генами. Необходимость в таких работах была очевидной, поскольку они были направлены на расширение области распространения важных для мирового хозяйства сортов и видов земной флоры и фауны. Более того, применение искусственных генов интересовало человечество как необходимое условие для заселения некоторых планет Солнечной системы искусственными организмами, способными изменить условия, существующие на этих планетах.

К решению таких серьезных задач, многие из которых еще вчера казались чистой фантастикой, человечество приступило с решимостью и намерением выполнить их как можно быстрее. Для успешного выполнения поставленных научных задач требовалось провести многочисленные исследования по множеству новых направлений. В основе многих достижений будущего все же находилось умение конструировать искусственные гены, способные в составе целостного организма реализовать необходимый признак либо биохимическую реакцию. Вписать искусственно созданный ген в существующий геном, также как и новую биохимическую реакцию в сложившийся за миллионы лет метаболизм, было чрезвычайно трудным делом.

Каждая находка на пути создания искусственных генов, была поистине бесценной. Как всегда бывает на практике, сложность решения определялась поставленной задачей. Конструирование искусственного гена, определяющего способность микроорганизма избирательно накапливать избранное химическое соединение, или скорость роста растения, являлось относительно не сложным случаем для существующего уровня технологий. С увеличением числа необходимых новых признаков, а также числа искусственных генов, сложность создания взаимосвязанной и функционирующей их совокупности росла по экспоненте, и в случае создания простейшего искусственного микроорганизма, являлась колоссальной. Например, создание на базе генома земных организмов микробов, способных вырабатывать кислород и накапливать органическое вещество в условиях Марса, было делом сложным, но посильным, поскольку существовало множество прототипов, выполняющих подобные функции. Микроорганизм с теми же функциями, но разработанный для условий Венеры, который не имел аналогов и прототипов на нашей планете, требовал создания совершенно нового генома, кодирующего совокупность несуществующих на Земле биохимических реакций. Метаболизм такого микроорганизма базировался на белковых молекулах, построенных на неиспользуемых в земной биосфере аминокислотах, и включал в себя ряд биохимических реакций, несвойственных земным формам жизни. Задача подобной сложности была пока не по силам современной науке, хотя научная общественность понимала, что затруднения эти носят временный характер.

В рассматриваемый период времени решались многие серьезные вопросы, и одним из наиболее существенных был вопрос о расширении пределов существования белковой жизни на Земле. Неспешно и скрупулезно велись работы по созданию первых искусственных генов, расширяющих ареал обитания растений, микроорганизмов и животных.

Генетики, изучающие устройство геномов вымерших животных и растений, накопили в последние годы обширный материал в виде неполных текстов и фрагментов этих геномов. Понимание общих закономерностей эволюции и общих принципов построения живых биологических систем позволило дополнить недостающие фрагменты геномов многих вымерших организмов близкими по родству фрагментами геномов живущих ныне животных и растений. Как следствие, появилась реальная возможность воссоздания животных и растений, вымерших миллионы лет назад, с высокой степенью приближения к оригиналу. Подобные эксперименты неоднократно были проведены, многие из них завершились успешно, но особого резонанса не вызвали. Доисторические животные и растения остались предметом интереса для специалистов и завсегдатаев зоопарков. Широкая общественность, привыкшая к ежедневным успехам и достижениям генетики и сопутствующих наук, не проявила особого удивления и восхищения достигнутым. И все же данное направление являлось весьма перспективным, поскольку изучение древних организмов, живших на Земле во времена, характеризующиеся неблагоприятными условиями, давало богатый материал для конструирования организмов, способных выжить в условиях Венеры и Марса. Конечно же, наибольшую ценность для исследователей представляли самые древние земные организмы, для изучения которых ученым приходилось пересматривать массу палеонтологического материала, вплоть до самых истоков жизни на Земле.

Благодаря достижениям естественных наук значительно улучшились условия проживания человека на планете. Угроза голода канула в прошлое, равно как и подавляющее число болезней. Отчетливо просматривались пути эволюции человека и всей цивилизации, базирующиеся на бесконфликтном сосуществовании с Природой на основе гармоничных взаимных изменений. При этом все большее число существующих потребностей человека будет удовлетворяться на основе применения биотехнологий. Скорое изменение человеческого организма виделось как очевидное и неизбежное, как закономерный итог происходящих эволюционных процессов. Интенсивное развитие человеческого общества рано или поздно потребует расширения сферы проживания человека за счет заселения планет земной группы и освоения иных звездных систем. Продвижение земной цивилизации на планеты Солнечной системы и планеты других звездных систем могло быть осуществлено путем изменения природных условий этих планет, близких по основным характеристикам к условиям Земли. Альтернативным путем являлось преобразование человеческого организма таким образом, чтобы он по максимуму соответствовал условиям осваиваемых планет.

Серьезное внимание ученые уделяли изучению механизмов реализации признаков у разных представителей земной биосферы. Лучше всего был изучен генетический материал растений и микроорганизмов. Одним из следствий анализа накопленной информации стало практическое применение механизмов управления процессами роста растительных трансгенных организмов. Соединенные в одном растении возможности быстрого роста и продуцирования качественной ценной древесины с улучшенными свойствами, способствовали широкому применению древесных материалов в строительстве. Традиционные красота и химическая инертность природной древесины плюс дополнительные качества, такие как высокая механическая и химическая стойкость, содержание полезных веществ, возможность дальнейшего роста непосредственно в строительных конструкциях, привели к вытеснению из быта человека многих видов пластмасс и полимеров.

В это же время на стыке многих наук родилась новая дисциплина – конструирование пищевых продуктов. Возникновение нового направления было предопределено требованиями времени и возросшими потребностями человечества. Несмотря на кажущуюся узкую специализацию, конструирование пищевых продуктов имело большое будущее и хорошие перспективы развития. Основными задачами новой науки стала разработка пищевых продуктов, необходимых для обеспечения метаболических и энергетических процессов человеческого организма, в зависимости от принятой формы телесной оболочки. Изначально конструирование пищевых продуктов было направлено на удовлетворение потребностей, как современного человека, так и человека будущего.

Исследования и эксперименты начались сразу по многим направлениям. Одним из направлений было определение точного перечня и количества химических соединений, необходимых для функционирования организма человека в различные периоды жизненного цикла. Основываясь на этой информации другие группы ученых, исходя из существующих потребностей человеческого организма, оптимизировали структуру существующих пищевых ресурсов. В качестве последних выступали продукты жизнедеятельности растений и животных, в том числе улучшенных и трансгенных организмов. Еще одна группа исследователей занималась компьютерным конструированием и синтезом новых химических соединений, использование которых в продуктах питания оказывало положительное воздействие на организм человека. Положительный эффект выражался в оздоровлении, омоложении и очищении организма человека. Кроме этого новые продукты изначально конструировались как имеющие повышенную энергетическую и питательную ценность, не говоря уже о замечательных вкусовых качествах. Конструирование сложных пищевых продуктов, зародившееся на стыке многих наук, предоставляло ученым наибольшие возможности для творчества.

Те химические соединения, которые использовались для создания пищевых продуктов, хотя и были рассчитаны с высокой степенью точности на компьютерных моделях, все же нуждались в дополнительных натурных исследованиях. Поэтому используемые химические соединения подвергались тестированию по тем же методикам, что и в случае тестирования лекарственных препаратов. Для тестирования требовались значительные количества синтезированных химических соединений. После корректировки технологий получения новых химических соединений и серии заключительных испытаний на отсутствие побочных и нежелательных эффектов, новые пищевые продукты на их основе могли быть рекомендованы для употребления в пищу человеком.

Однако это было всего лишь частичное решение проблемы оптимального снабжения человеческого организма энергетическими и строительными веществами за счет применения новых химических соединений. Идеальным решением виделось такое положение дел, при котором сложные пищевые продукты и их отдельные компоненты будут синтезироваться, выращиваться, производиться специализированными растениями и животными. Искусственные биологические организмы, способные производить сложные пищевые продукты, пока еще не были разработаны. Таким образом, разработка новых пищевых химических соединений и пищевых продуктов дала импульс развития многим прикладным и теоретическим наукам, в частности потребовала создания новых трансгенных организмов и организмов с искусственными генами. Подумать только, какие усилия необходимо было затратить людям ради того только, чтобы насладиться новыми продуктами питания, являющимися произведениями искусства, имеющими совершенный вкус, аппетитный вид и волшебный аромат. Конечно, возможности химии позволяли синтезировать новые питательные химические соединения в промышленных реакторах с соблюдением всех норм безопасности. Но что было поделать, если человек просто не хотел употреблять в пищу продукты, чье производство напоминало ему о технологиях производства лекарственных препаратов. Человек двадцать первого века был созданием капризным и требовал от производства, науки и сервисных служб качественного удовлетворения своих растущих потребностей.

Применение в технологиях химического конструирования компьютерных моделей, потребовало систематизации и упорядочения имеющихся знаний. В большинстве научных дисциплин интенсифицировался процесс систематизации знаний, имеющий своей целью их преобразование в форму, удобную для использования в технологиях компьютерного моделирования. Особенно это явление затронуло генетику, химию, биологию и сопутствующие им науки. После обсуждения в научных и патентных организациях вопросов приоритета и авторских прав, было принято решение объединить все существующие модели химических соединений в единую базу данных. Данное решение было подкреплено законодательно. В трехлетний срок соответствующие законы были приняты и вступили в силу в большинстве государств. Процесс создания законодательного поля сопровождался процессом формирования единой базы данных компьютерных моделей химических соединений. В трехлетний срок была создана единая база данных, объединившая все существующие компьютерные модели, имеющие отношение к строению и свойствам вещества. Дальнейшее совершенствование базы данных предполагалось путем разработки единых стандартов программного обеспечения.

Единая база данных имела сложную структуру и разрабатывалась как инструмент переходного периода. Ожидалось, что в ближайшем будущем она вольется в «единое пространство виртуального моделирования», станет его составляющей, визуально отображающей химическое устройство мира. Решение объединить компьютерные модели химических соединений экономило ресурсы и время, необходимые для координации экспериментов и исследований в химии с другими науками и направлениями. Постепенно, шаг за шагом знания многих значимых для прогресса человечества наук, переводились в трехмерную, виртуальную форму. Как следствие этого процесса началась разработка единых стандартов на создание уровней «единого пространства виртуального моделирования», для эффективной состыковки разрабатываемых уровней в единое виртуальное пространство.

К этому времени нанотехнологии достигли высокого уровня развития. Основное внимание в процессе их совершенствования уделялось молекулярной и атомарной сборке вещества. Рост потребностей человечества сопровождался увеличением потребностей многих отраслей промышленности в материалах с заданными свойствами. Большинство из них могло быть получено только методами нанотехнологий. К тому же применению нанотехнологий иногда препятствовали трудности экономического характера. В одних случаях разовая потребность в материалах превышала возможности оборудования, а строить дополнительно специализированные производственные мощности было расточительством с точки зрения экономики. В других случаях стоимость полученных материалов с заданными свойствами была чрезвычайно высока, что делало их неконкурентоспособными в сравнении с материалами, полученными более грубыми методами химического синтеза. Однако существовал ряд направлений, в которых нанотехнологии были вне конкуренции.

Наиболее важным из них являлось производство элементной базы для потребностей наноэлектроники. Специфические потребности этой отрасли, характеризуемые массовым использованием огромного числа однотипных элементов миниатюрных размеров, способствовали эффективному применению нанотехнологий. Молекулярная сборка элементной базы одновременно со сборкой соединительных элементов позволяла реализовать на практике массовое производство «компьютерного» вещества. «Компьютерное» вещество представляло собой микропроцессор не ограниченный размерами (бесконечная трехмерная микросхема), мощность которого ограничивалась только геометрическими размерами, а также условиями механической прочности и теплопроводности. «Компьютерное» вещество, теоретически имеющее возможность неограниченного роста и бесконечного усложнения, могло стать местом самопроизвольного рождения и развития искусственного интеллекта. Ученые и философы, в полной мере осознав последствия такой возможности, приостановились в раздумье. Проблемный вопрос, а стоит ли создавать предпосылки и условия для самопроизвольного зарождения искусственного интеллекта и тем самым выпускать джинна из бутылки, собрал больше аргументов против, чем за. Осторожность взяла верх над любопытством в этот раз. Эксперименты по созданию больших объемов «компьютерного» вещества, которые могли привести к самопроизвольному появлению неконтролируемого разума, способного преследовать собственные цели, были прекращены, а все работы в этом направление взяты под жесткий контроль специальных служб.

Для практического использования промышленность начала выпускать микропроцессоры ограниченных некритических объемов, которые не являлись достаточно сложными, чтобы способствовать самопроизвольному зарождению искусственного интеллекта. Задача выпуска качественных микропроцессоров была нелегкой, поскольку требовала при сборке «компьютерного» вещества одновременно со сборкой элементной базы формирования соединений между элементами, подобных соединениям между нейронами человеческого мозга. К тому же на объемные микропроцессоры накладывались дополнительные ограничения, обусловленные требованиями теплопроводности, теплопередачи, прочности, помехозащищенности, которые необходимо было учитывать при разработке индивидуальных технологий молекулярной сборки. Тем не менее, задача производства мощных микропроцессоров методами молекулярной сборки была успешно решена, и к концу десятилетия достижения в области наноэлектроники воплотились в персональных компьютерах, имеющих мощность сравнимую с человеческим мозгом, способных выполнить 20000 триллионов операций в секунду.

Еще одной областью применения нанотехнологий стало производство сверхчистых химических элементов. Потребность в них постоянно росла, техника требовала все новых материалов с характеристиками, максимально приближенными к теоретическим свойствам вещества. Все существующие резервы традиционных технологий для улучшения свойств материалов были использованы, и едва ли не единственной возможностью дальнейшего их улучшения оставалось использование чистых беспримесных химических элементов. Именно получение чистых беспримесных веществ являлось одной из приоритетных и основных задач нанотехнологий, поскольку другими способами полностью избавиться от нежелательных примесей было невозможно даже теоретически. Идеально чистые химические элементы и вещества требовались также для целей генной инженерии, фармацевтики, при синтезе сложных химических соединений с заданными свойствами.

В ближайшей перспективе при помощи нанотехнологий планировалось производить каталитические матрицы повышенной сложности, с появлением которых ожидался прорыв в технологиях синтеза сложных химических соединений. Каталитические матрицы повышенной сложности являлись мини-фабриками, производящими конечный продукт путем последовательного осуществления каталитических реакций при минимальных энергетических затратах.

Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: профессиональные рефераты, антикризисное управление предприятием.





Предыдущая страница реферата | 1  2  3  4  5  6 | Следующая страница реферата