Есть ли другие разумные существа во Вселенной? Как будут выглядеть люди будущего? Смогут ли они видеть в темноте, питаться электричеством и узнавать о болезни до появления симптомов и без помощи врачей? Доктор химических наук, профессор, заведующий кафедрой химической энзимологии МГУ, член-корреспондент Российской Академии наук, директор Института биохимической физики РАН Сергей Варфоломеев утверждает: нет ничего невозможного.
– Сергей Дмитриевич, расскажите, пожалуйста, что нового наука может предложить для расширения возможностей человека?
Если же человека насытить датчиками, создать программный продукт, который будет сообщать, что происходит и почему, это выведет медицину на новый уровень!
– Актуальным является расширение сенсорных способностей человека. Что мы имеем на данный момент? У нас есть зрение – 90% информации мы получаем через зрение. Осязание – комплекс рецепторов, который отвечает за тактильные взаимодействия, восприятие тепла и холода. Мы чувствуем запахи (для многих животных это жизненно важно) и обладаем слухом.
Но наши органы чувств могут передавать нам больше информации! Человек должен видеть в инфракрасном свете, ощущать радиацию и магнитные поля – и он может это делать. Вся сенсорная среда обеспечена рядом специальных химических структур под названием «сенсорные рецепторы». За последние 10 лет, в какой-то степени благодаря нашим усилиям, созданы системы, которые существенно расширяют возможности химического анализа среды с помощью биосенсоров. Биосенсор – это комбинация биологического материала (сенсора, фермента) с электронным девайсом. Это своего рода биоэлектронное устройство. Поступающий в биосенсор сигнал трансформируется в электрический ответ, с которым вы можете делать что хотите: пересылать, трансформировать, анализировать. Создание новых материалов породило целое поколение таких устройств.
С помощью биосенсоров можно, например, измерять уровень глюкозы в крови. Это востребовано – в нашей стране 20 млн диабетиков. Мониторинг глюкозы делается варварскими, устаревшими методами: для этого нужно сдавать кровь. А могут быть созданы и более симпатичные, неинвазивные способы. Уровень глюкозы может быть измерен в домашних условиях в поте, слюне, кожном покрове. Это хорошая эволюция химического детектирования веществ.
– Человек может научиться ощущать и осознавать практически любую функцию своего организма. А если представлять эту функцию в виде обратной связи...
– ...и обучать...
– ... регулярно, то с каждой новой функцией он получает новый внутренний орган чувств!
– Это очень интересно. Думаю, что со временем эта идея будет развита.
Человек чувствует заболевание лишь тогда, когда возникают серьезные морфологические изменения. А если организовать мониторинг по 10–20 метаболитам, он сможет заранее узнавать об этом, информация будет поступать ему прямо в мозг, либо в компьютер.
Автомобиль без внутренней диагностики – это конец позапрошлого века! Если же человека насытить датчиками, создать программный продукт, который будет сообщать, что происходит и почему, это выведет медицину на новый уровень!
– В 1960-х годах были эксперименты Александра Дмитриевича Логвиненко. Слепым людям на спину устанавливалась камера, информация от которой превращалась в вибрационный паттерн.
– И после некоторого обучения человек начинал эту вибрацию воспринимать как двухмерную или даже трехмерную картинку! Нужно использовать другие рецепторные системы – не только зрение, не только слух. Например, у нас на коже очень много рецепторов, регистрирующих тепло. Если делать преобразование сигналов в тепловые ответы, вы сможете видеть в темноте. Тепло идет отовсюду, и оно тоже трехмерное, как и зрительный образ. Но пока не существует хорошего интерфейса между этими слабыми сигналами и терморецепторами кожи. И создание такого интерфейса – это реальная задача, это можно сделать, и это точно будет сделано. Тогда человек сможет видеть в темноте руками.
Есть еще более интересная задача. Понимая механику синтеза белков и рецепторов, вы можете создать новые рецепторы! Например, плотность рецепторов для видения в инфракрасном или радиационном поле имеет разрешающую способность не более 3–5 см. Но если вы увеличите плотность рецепторов в 10 раз, вы квадратично, в сто раз повысите разрешающую способность.
Мы очень легко обучаемся. Наличие постоянно действующих обучающих сигналов автоматически создаст трехмерную картину. Мозг очень пластичен. Человек очень легко учится – работе на компьютере, вождению машины. Далеко не самым простым вещам мы обучаемся и выполняем их как нечто само собой разумеющееся.
Еще одна вещь видится мне очень важной. Сейчас человечество переходит на новые источники энергии, их роль в энергообеспечении возрастает. Тенденции развития энергетики таковы, что к 2045 году мы сможем полностью отказаться от угля, практически полностью – от нефти. Газ останется, так как он очень дешев. К 2045 году более половины энергии будет получено из чистых, возобновляемых источников: ветра, солнца, биомассы.
Так как от химических источников энергии мы все больше переходим к чистому электричеству, со временем ничто не мешает нам также перейти и к электропитанию живых существ!
– Человек, заряжающийся от домашней розетки?
– Вся энергетика человека обеспечивается системой питания. Энергоемкие соединения – как правило, это базовые вещества углеводного характера, глюкоза и сахар – запускают в организме человека, животного и подавляющего большинства существ на Земле реакции окисления (или сгорания, что одно и то же). Мы вдыхаем кислород, окисляем глюкозу и получаем не просто тепло, а химические агенты, которые запускают метаболические циклы. Нервная система, мышечная система – все органы и ткани питаются этой энергией. Что это такое с точки зрения химии? Это глюкоза плюс кислород – получается углекислый газ и вода. Вместо глюкозы может быть аминокислота, которая также дает углекислый газ и воду. На этой химической реакции основана вся биология!
Теперь давайте сделаем обратную реакцию. Она возможна только за счет привлечения энергии. Самым эффективным и экологически приемлемым источником энергии является электричество. Если мы сделаем систему «CO2+вода превращаются в глюкозу за счет электрической энергии», то сможем организовать электропитание живых существ. Человек дышит, выделяя углекислый газ, тот проходит через маленький аппарат, который восстанавливает его до пировиноградной кислоты, даже не до глюкозы, и включает опять в кровоток. Это может быть и непосредственно в кровотоке, может быть через органы питания.
– И еда будет не нужна?
– Нет! Углекислый газ, который человек выдыхает, будет являться строительным материалом для всего организма. И воздух не нужен, потому что вы сами станете производить кислород. Электрохимические системы являются уникальными по своим потенциальным возможностям. Не знаю, как насчет человека, но вот, например, перевести сельское хозяйство на электропитание животных – это вполне реальная задача.
Корова питается сеном, все остальное она делает сама за счет вторичных процессов. А сено, за исключением слабой минеральной компоненты, – это не что иное, как полисахарид, т.е. та самая полимеризованная глюкоза.
– Заодно и с парниковым эффектом справимся.
– А тут он исчезает как класс. Чтобы обеспечить все аэробное существование в мире, растения вырабатывают кислород, а также углеводы (они восстанавливают СО2 в углеводы). Это происходит за счет фотосинтеза. То же самое можно сделать электросинтезом. Я еще лет 15 назад в одном хорошем профессиональном журнале опубликовал статью под названием «Электросинтез против фотосинтеза» или что-то в этом роде. Но этим надо заниматься. Для этого надо создать электроды с интерфейсом, который бы осуществлял передачу электрона на какие-то молекулы, и этот электрон в конечном итоге оказывался бы в ситуации, когда из СО2 возникает пировиноградная кислота.
– Это какая-то, не побоюсь этого слова, наноэлектроника.
– Это своего рода биологическая электроника, почти то же самое, что биосенсоры, только в обратном направлении. Там сигнал, а здесь потоки. Такие идеи мало кого вдохновляют, потому что всем кажется, что результат бесконечно отложен во времени. Но на самом деле все сейчас происходит очень быстро. Через 10 лет может оказаться, что коровники будут напрямую питаться электричеством: солнечные батареи, собирающие солнечный свет, CO2, которого полно, – и растет корова, дающая нормальное молоко и мясо.
Нужно будет решить сложнейшую задачу – нано-электронно-мембранную. Электрический ток – это поток электронов. Молекулярные образования – это поток молекул. Этот интерфейс создается только за счет электрохимических процессов преобразования переноса электронов. Здесь могут быть использованы разные подходы, включая мобилизацию целых клеток на поверхности, создание органов, которые бы брали электрон (как дыхание) и в обратном направлении делали восстановительные реакции (не окислительные, а восстановительные). Это могут быть ферменты. Я – заведующий кафедрой химической энзимологии в Московском университете. Мы занимаемся сотнями ферментов, которые делают химические реакции. Это могут быть и химические катализаторы. Если такая задача будет востребована (а ее востребованность появится), это приведет к тому, что поменяется химия.
– Это очень воодушевляет! Наш ход мыслей таков: человек должен жить в своем теле до тех пор, пока оно не будет полностью изношено, а потом мы должны придумать для его сознания какой-то новый носитель, возможно, искусственное тело. Мы хотим продлить жизнь людей.
– Это интересная постановка вопроса, однако я не уверен, что поставленную проблему можно решить с помощью перенесения мозга человека в искусственный носитель. Наш мозг абсолютно неконкурентоспособен по сравнению с ЭВМ по одной физической причине: мозг – это ионно-вычислительная машина, а компьютер – электронно-вычислительная. Ион – это тяжелая частица, она тяжелее электрона в тысячи раз. Поэтому все электронные процессы протекают на три–четыре порядка быстрее, чем ионные, электронные переносы в какой-то момент просто вытеснят мозговые операции.
Мозг ассоциирован еще с массой рецепторных систем, сенсорных систем. Он тогда хорош, когда у него есть тело, и он видит, чувствует. Во-первых, никто не знает, какие мозг может иметь ответы. Но самое страшное, что он очень субтилен, чрезвычайно восприимчив к инфекциям. Человеческое тело хорошо тем, что защищает этот несчастный мозг от всего.
Я бы сказал так: пересадка мозга не нужна – нужно иметь электронный вариант мозга. Физический мозг, на мой взгляд, не может являться предметом интереса, так как он очень субтилен. Но вот создание электронного аналога с полным рецепторным оснащением, которое имело бы ту же историю, стимулы, мотивации, – это может оказаться очень интересно. Это бы перевернуло все наше представление о материальном мире!
– Мы хотим создать центр, где ученые разных областей знаний соберутся для работы над искусственным телом человека.
– Первым делом вы должны создать неформальный электронный клуб людей, которые что-то понимают и видят элементы развития. Он должен быть глобальным, это должно быть международное философское сообщество.
Следующим этапом должна стать организация светской программы. И она должна базироваться на участии очень крупных бизнесменов. Люди, уже имеющие крупные возможности и потерявшие интерес к банальным вещам а-ля «где еще достать деньги», могут оказаться здесь критично важны.
Я думаю, что это будет успешно. Есть доля людей, которые хотели бы видеть, что будет за порогом. Ясно, что не только сегодняшний день, пиво и девушки беспокоят народ.