стр. 24-25 - "Наука и Религия" №3 1978 - (ПОВТОРИТЬ ЖИВОЕ)

Читать советские журналы онлайн

ПОВТОРИТЬ ЖИВОЕ

Киевская студия научно-популярных фильмов широко известна своими интересными работами в области популяризации современных научных достижений, Среди них и фильм "Повторить живое?.."*. Он посвящен специфике исследований и первым успехам молодой науки - хемотроники, или жидкостной электроники. Рассказ о работе киевских кинематографистов, о новой науке начнем с некоторого отступления.

Мы привыкли к необыкновенным успехам кибернетики и вычислительной техники (уже обычными стали для нас обсуждения на научных симпозиумах проблем искусственного интеллекта или сообщения о роботах, предназначенных для сложных трудовых операций - вроде сборки часов или транзисторных приемников), но вот беда - современные роботы пока лишены органов чувств в человеческом понимании этих слов. Они, конечно, воспринимают какие-то внешние сигналы - команды - и реагируют на них. но ни зрения, ни слуха, ни осязания, ни обоняния, ни, тем более, вкуса у них нет.

Уже более полувека исправно работают в автоматических датчиках фотоэлементы - аналоги одной ячейки фасеточного глаза насекомых, отличающие свет от тьмы. Известны и многие автоматические анализаторы, определяющие химический состав газов, - так называемые хроматографы, спектральные анализаторы и другие. Существует немало других приборов, реагирующих на изменение какого-либо одного определенного физического показателя - давления, скорости потока, высоты над уровнем моря и г. п. Однако всем этим устройствам еще далеко до органов чувств живых, даже простейших существ! Ведь при размерах в тысячи раз меньших, чем у искусственных приборов, органы чувств живых существ, а тысячи раз чувствительнее. Они неизмеримо специфичнее, избирательнее искусственных датчиков опознают мельчайшую примесь вредного вещества на фоне огромного разнообразия других примесей, обнаруживают "химический след", не отличимый никакими приборами. Наконец, органы чувств живых существ производят так называемую первичную обработку информации: посылаю-) в нервную систему, например, в мозг, только необходимые сигналы, отфильтровывают огромное количество ненужных организму сигналов, обычно постоянно поступающих на входы чувствительных элементов.

Это природное свойство имеет первостепенную важность, без него мозг был бы захлестнут волной бесполезной работы, быстро истощившей все его жизненные ресурсы.

Замечательные свойства этих живых "датчиков" можно выразить тремя словами: высочайшая избирательная чувствительность.

Вот эта уникальность и дает нередко основание защитникам религии утверждать божественное происхождение живой природы, ее неповторимость, непознаваемость. Однако именно здесь развитие науки в последнее время наносит довольно чувствительный удар по утверждениям современных теологов. Наука уже доказала теоретически возможность повторения живого искусственным путем. И сегодня ученые мечтают уже на практике наделить искусственных помощников человека-роботов, вычислительные машины и другие кибернетические устройства - органами чувств. Хотя бы отдаленно похожими на живые! Это сейчас одна из главных задач науки. За ее решение взялись представители самых разных областей знания - физики, химии, математики, биологии, электроники, механики, медицины, даже лингвистики. И уже есть некоторые успехи.

Поиск идет широким фронтом. Серьезный вклад в него внесла хемотроника, или жидкостная электроника. Откуда такое название? Дело в том, что эта молодая наука ведет свой поиск на перекрестке электроники и химии жидких ионопроводящих сред, пытаясь позаимствовать у живой природы некоторые ее "патенты".

Почему именно хемотронике удалось сказать новое слово в столь трудной и важной области? Потому что она с первых шагов пошла по пути, избранному самой природой на заре эволюции, -- по пути объединения химических и электрических процессов преобразования энергии и информации на границах фаз. Вот об этом триединстве - энергии, информации, фазовых границах, об использовании их в практике человека рассказывает фильм. Чтобы понять, о чем речь, остановимся подробнее на самих "триединствах".

Науке сегодня известны четыре основных типа взаимодействий в природе. Гравитационное - управляет некоторыми видами движения в Космосе, в галактиках, на звездах, движением планет. Электромагнитное, по существу, ответственно за все разнообразие атомов и молекул, за химию газов, жидкостей, твердых тел, в частности за жизнь во всех ее видах. Есть так называемое сильное взаимодействие, работающее внутри атомных ядер и элементарных частиц, и слабое, "ответственное" за радиоактивный бета-распад и некоторые другие процессы.

Как известно, на Земле гравитация играла и играет важную роль в эволюции нашей планеты; без тяготения, например, не было бы у нас ни атмосферы, ни морей, ни океанов. Но в первую очередь вся эволюция обязана электромагнитным взаимодействиям. Ведь, в конечном счете, вся химия - это их проявление на уровне атомов, молекул. ионов и электронов. Сегодня ученые все больше убеждаются; и живая природа буквально на все 100 процентов использует великие преимущества своего электромагнитного происхождения - величайшую скорость, величайшую точность и величайшее разнообразие. А ведь любой микроскопический электромагнитный процесс может быть использован для получения макроскопического электромагнитного процесса - взаимного преобразования видов энергии друг в друга: химической в электрическую и обратно, механической в химическую, механической - в электрическую, световой (то есть энергии электромагнитного поля) - в химическую, электростатическую...

В стоматологическом кабинете идет обследование больного с помощью хемотронного измерителя биопотенциалов.

Прибор, который "дышит" растворенным в воде кислородом.

Перед спуском для установки прибора.

Где осуществляются такие преобразования? В подавляющем большинстве случаев на границах фаз: твердых и жидких, двух несмешивающихся жидких, студнеобразных и жидких, - короче, на фазовых границах. Именно тут в живой природе создаются наиболее благоприятные условия для быстрого протекания высокоспецифичных процессов благодаря наличию разнообразных природных катализаторов - ферментов. Ферментативный катализ - основа всех жизненных процессов. В результате его осуществляются и регулируются химические и электрические процессы во всем живом на Земле.

А что же такое сами ферменты? Это гигантские макромолекулы, молекулярный вес которых достигает сотен тысяч и миллионов единиц. Но ведь тогда их поверхность не столь уж сильно отличается от поверхности раздела фаз, без которых, как мы уже знаем, живой природе не обойтись. Любой процесс, происходящий на их границе, извещает каждую фазу обо всех происходящих здесь изменениях, а стало быть, и об изменениях в соседней фазе.

Теперь - о самом фильме.

Вот с экрана уплывает полупрозрачная голубоватая медуза. Моряки- знают: если медузы уходят в открытое море, быть шторму. Органы чувств медузы улавливают малейшие колебания давления, сопровождающие еще очень далекую бурю. А вот творение рук человека: аквалангист опускает в море хемотронный датчик микроколебаний давления. Его чувствительность уже сегодня соперничает с прославленными медузами - из морской глубины он подаст сигнал о надвигающемся шторме с точностью, не уступающей их органам чувств.

Мы видим, как действует хемотронный датчик примеси газа - его "способности" рекорды, живая природа здесь даже отстает. В лабораториях разрабатывают хемотронные зонды для измерения полей биопотенциалов. Они отличаются тем, что практически не вносят никаких изменений в среду, где проводят измерения. Это очень важное обстоятельство - любое постороннее тело вызывает реакцию организма и вместо нужных нам сведений, скажем о состоянии данной клетки или ткани, мы получим нечто другое - реакцию среды на чужеродного пришельца. Когда с помощью хемотронных зондов измерили поле потенциалов в полости рта, оказалось, что новый метод дает информацию о ранних стадиях заболевания, это позволило стоматологам своевременно принимать меры.

Хемотронные зонды успешно применяются и в изучении такой животрепещущей проблемы медицины, как тромбообразование в кровеносных сосудах человека. Кадры фильма рассказывают, как измеряется поле потенциалов живого, работающего сосуда - артерии, вены. Зрители видят также набор хемотронных преобразователей - интеграторов блуждающих токов, предназначенных для удлинения срока службы рельсов, трубопроводов, для предотвращения коррозии, гибели металлов.

Над цветком кружит пчела, она безошибочно находит нектар, руководствуясь не только особенностями цветка, но и малейшим изменением влажности воздуха внутри него самого. А рукотворный хемотронный мембранный датчик влажности воздуха отзывается на слабый человеческий выдох резким отклонением стрелки прибора и способен почувствовать разницу во влажности не хуже, чем сама пчела. Или другой пример: наподобие рыбы, дышащей жабрами, создан прибор, чутко отмечающий малейшее изменение концентрации кислорода в воде.

Кинематографисты приоткрыли нам дверь в хемотронику - в новую науку, помогающую искусственно воспроизводить некоторые функции живых органов. Сделали они это не только изобретательно, но и так, что зритель убеждается: непознаваемого, сверхъестественного в мире нет и быть не может. Человеческое познание способно проникать в самые, казалось бы, непостижимые тайны природы.

Ю. ЗИМИН, доктор технических наук

СКАЧАТЬ "НАУКА И РЕЛИГИЯ" №3 Март 1978 год