Традиционно для формирования объемной структуры выращиваемых вне человеческого организма тканей и органов применялись механические ограничения, а также ограничения в питательных веществах, необходимых для роста клеток. Теперь же появились новые возможности для поэтапного регулирования процессов клеточного роста и развития. Для коррекции процессов клеточного роста начали впервые применять препараты генной терапии, содержащие химические соединения избирательного действия, одновременно активирующие либо деактивирующие гены и группы генов в большом количестве клеток. Таким образом, осуществлялось контролируемое поэтапное выполнение намеченной программы роста клеточной ткани или целостного органа. Выращивание искусственных органов вне организма человека стало хорошим полигоном, на котором шлифовались технологии поэтапного регулирования процессов роста и развития биологической материи препаратами генной терапии.
Полученные в результате совместного труда ученых и энтузиастов из многих стран знания, конечно же, беззастенчиво использовались в военных лабораториях для совершенствования генетического оружия. Разработка «генетических пуль» являлась оборотной стороной совершенствования препаратов генной терапии. Вывести из строя и сломать человеческий организм, всегда было легче, чем создать и вылечить его. Совершенное генетическое оружие открывало перспективы властвования всей планетой, и к тому же было менее затратным, чем разработка совершенных препаратов генетического регулирования для медицинских целей. По этим причинам работа над созданием генетического оружия проводилась в военных ведомствах десятков стран мира, не останавливаясь ни на минуту, с привлечением лучшего оборудования и неограниченных средств. К множеству существующих способов умерщвления человека добавились десятки новых, коварных и изощренных. Генетическое оружие, способное воздействовать на различные уровни организации биологической материи, и способное вывести из строя клетки, ткани и органы человека, а также уничтожить любые животные и растительные организмы, стало реальностью. Применение его было затруднено и даже запрещено существующими конвенциями, международными договоренностями и соглашениями, как впрочем, и применение других видов оружия массового поражения. Но риск возникновения мировой катастрофы, как следствие самого факта существования подобного оружия, вырос многократно. Свободное хождение препаратов генной терапии плюс профессиональные знания недобросовестных ученых могли породить изощренные доморощенные способы генетического унижения и уничтожения человека, которые мыслящим ученым прошлых лет не могли представиться даже в кошмарном сне. В конце десятилетия были зафиксированы первые случаи террористических актов с применением «генетических пуль» и других видов генетического оружия. Спецслужбы ведущих стран мира и мощных транснациональных компаний взяли на вооружение индивидуально разработанные «генетические яды», способные избирательно умертвить конкретного человека, превратить его в инвалида либо в сумасшедшего.
Также участились случаи хулиганского применения самодельных химических соединений, негативно влияющих на гены человеческого организма. Изначально ненаправленное на гибель людей, это было явление того же порядка, что и разработка компьютерных вирусов, синтез самодельных наркотиков и ядов, разработка доморощенных взрывных устройств и т.п., однако все чаще применение подобных химических соединений приводило к гибели людей. Доступ к современным знаниям и технологиям в совокупности с особенностями человеческой психики и в соответствии с постулатами теории вероятностей порождал страшные технологические химеры, смертельно опасные для человечества, но удовлетворяющие самодовольные амбиции непризнанных «гениев».
Для небольших специальных подразделений, выполняющих особые операции, при которых велик риск смертельного повреждения организма, а также для представителей высших эшелонов власти стала обычной практика превентивного выращивания важнейших органов и тканей на случай их повреждения в экстремальных ситуациях. Существенные затраты на эти цели могли позволить себе только экономически развитые и богатые страны или международные организации, в частности такой подход реализовывала ООН для защиты политических деятелей от террористических актов, а также солдат при обеспечении миротворческих миссий.
Широкое распространение в мире получили промышленные селективные технологии, основанные на использовании специфических белковых молекул (антител). В подобных технологиях эффективно задействовался принцип избирательности, свойственный сложным биологическим объектам, который определял избирательный иммунный ответ организма при попадании в него чужеродного вещества. Антитела, вырабатываемые организмом для связывания определенного химического соединения, теоретически могли избирательно связывать молекулы любых веществ, и делать это тем эффективнее, чем более сложное строение имели эти вещества. На практике для создания специфических антител к определенному химическому соединению, вначале разрабатывалась компьютерная модель взаимодействия этого химического соединения и моделей белковых молекул из существующего банка данных. После предварительного перебора вариантов осуществлялся отбор нескольких подходящих молекул-претендентов на роль антитела, после чего наступала стадия оптимизации химической структуры этих белковых молекул. Не стоит забывать, что все вычислительные и аналитические процессы осуществлялись на компьютерных моделях, а не на материальных объектах. Мощное компьютерное сопровождение позволяло перебирать десятки миллионов вариантов возможного строения белковой молекулы и отбирать из них наиболее оптимальные, хотя, все это и занимало достаточно много времени.
Параллельно проводились работы по созданию специфических антител к различным химическим соединениям непосредственно в функционирующем организме животного или человека. При этом задействовались естественные программы создания специфических антител, выработанные и отшлифованные эволюцией. Полученные результаты обязательно отображались в виде компьютерной модели и подвергались тщательному анализу и уточнению.
Оба указанных способа дополняли друг друга, что способствовало получению быстрых и качественных результатов. После того как структурная искомая формула белковой молекулы была определена, в дело вступали генные инженеры со своими специфическими методами. Конечной целью их работы являлось создание последовательности нуклеотидов, кодирующих синтез данного белка, или другими словами группы генов, способных продуцировать именно этот белок. Оптимизация исходной группы генов методами генной инженерии позволяла добиться желаемых результатов и в конечном итоге синтезировать именно ту молекулу белка, структура которой была определена в процессе компьютерного моделирования как самая оптимальная. В дальнейшем массовые количества специфических белковых молекул получались путем синтеза белка в клеточных культурах.
Селективные технологии применялись в первую очередь для извлечения редких либо дорогостоящих химических соединений из растворов малых концентраций и загрязненных растворов различного происхождения. В медицине и фармацевтике они применялись для качественной очистки биологических растворов, как в лабораторных условиях, так и в составе живых организмов, что являлось перспективной новацией. Еще одной областью применения являлось извлечение из природных и искусственных растворов больших количеств полезных химических соединений массового применения. Себестоимость извлечения таких недорогих веществ была достаточно высока, однако быстро уменьшалась по мере распространения новых технологий. Для извлечения больших количеств полезных веществ конструировались специфические белки длительного использования, способные к регенерации своих свойств. Как правило, белковые молекулы крепились химическим путем к инертной керамической подложке, выполняющей конструкционные и защитные функции.
Большое внимание ученые уделяли изучению эволюционных наработок Природы. Так изучение морских организмов, концентрирующих в себе отдельные химические элементы и соединения, позволило расшифровать структуру нескольких десятков белков, избирательно связывающихся с теми либо иными компонентами, растворенными в морской воде. Оптимизация компьютерных моделей и конструирование оптимальных последовательностей нуклеотидов привели к созданию искусственных микроорганизмов, продуцирующих промышленные количества белковых молекул, способных селективно связывать некоторые полезные компоненты из водных растворов. Первыми кандидатами на извлечение из морской воды стали благородные и редкоземельные металлы. Значительный интерес также вызывала возможность добычи из природных и технологических водных растворов радиоактивных элементов с целью использования их в энергетических и военных установках. Эту задачу чрезвычайно сложно было реализовать на практике. Повышенная радиоактивность резко снижала эффективность функционирования белковых молекул и приводила к их быстрому разрушению из-за сильного радиохимического действия на атомы составляющих элементов. Применение белковых молекул для обогащения и концентрации радиоактивных элементов, требовало создания дополнительных систем ремонта и жизнеобеспечения этих белковых молекул. Выполнение новых дополнительных функций требовало перехода на следующий уровень сложности – уровень простейшего организма, который совмещал бы в себе технологические и поддерживающие собственное существование действия.
Казалось, что при помощи селективных технологий вот-вот станет возможным извлечение из неагрессивных растворов любых веществ. Однако такой заманчивый результат был делом завтрашнего дня. Реальностью дня сегодняшнего являлось конструирование белковых молекул с заданными свойствами, для этого существовали научные и технологические предпосылки. Трудности начинались при взаимной увязке последовательностей нуклеотидов, кодирующих синтез сложных белковых молекул, поскольку еще недостаточно было собрано данных о взаимосвязях вида «ген – белок», чтобы уверенно оперировать такими строительными блоками как гены. Поэтому при конструировании белковых молекул избирательного действия за основу часто приходилось брать расшифрованные природные последовательности нуклеотидов, кодирующих близкие аналоги конструируемых молекул.
Расцвет биохимии, цитологии, генной инженерии, каталитической химии и других наук, основанных на использовании свойств вещества, был предопределен небывалыми возможностями компьютерного моделирования, которые базировались на сверхмощных компьютерах и совершенном программном обеспечении. В ближайшей перспективе вырисовывались контуры новой интегральной технологии – компьютерного конструирования вещества с заданными свойствами. Под термином «вещество» следовало понимать как неорганические соединения, так и объекты органической химии, в том числе сложные и сверхсложные соединения, участвующие в биохимических реакциях живых организмов. Основной задачей такой интегральной технологии являлось улучшение, оптимизация химических процессов, создание новых совершенных веществ и реакций, за счет максимального использования свойств вещества. Конструирование новых химических соединений и реакций в виртуальной среде позволяло обойтись без сотен миллионов натурных опытов, экономя тем самым ресурсы и время всей планеты, сокращая сроки, необходимые для создания тех или иных материальных благ. Но это все еще во многом было делом будущего. А пока технологии компьютерного конструирования новых веществ отрабатывались на множестве отдельно существующих моделей (уровней единого пространства виртуального моделирования), используемых в генетике, фармацевтике, каталитической химии и других науках. Для объединения всего наработанного опыта в рамках одной технологии требовались компьютерные мощности в сотни миллионов терафлоп и универсальное программное обеспечение, позволяющее работать с различными базами данных, большинство из которых формировалось на основе специализированных и локальных программ.
Действительно, в десятках стран и тысячах научных учреждений по всему миру нарабатывался исследовательский материал в области биотехнологий, генного и химического конструирования. Влияние субъективных факторов, таких как секретность, амбиции, стремление получить сверхприбыль приводило к тому, что многие уже имеющиеся научные данные не могли быть сведены в единую картину и охвачены универсальным программным обеспечением. А ведь зачастую открытия таились в мелочах, которые терялись в брешах и не состыковках полученных данных. Для дальнейшего движения вперед требовалось создать единую базу полученных данных и универсальное программное обеспечение, что позволило бы обозреть реальную картину знаний, наработанных учеными всего мира. Крупнейшие мировые производители мягкого товара взялись за эту колоссальную задачу. Они понимали что тот, кто первым сможет предложить универсальное программное обеспечение, получит хорошие шансы стать монополистом в ближайшем будущем, когда компьютерное моделирование и конструирование станут неотъемлемой частью всех промышленных, развлекательных и обучающих технологий. Программное обеспечение, объединившее сегодня разрозненные базы данных и компьютерные модели биологических и химических наук в единое целое, завтра объединит в единую картину все существующие науки о Природе, а несколько позже позволит оперировать в пространстве виртуального моделирования всеми знаниями, наработанными человечеством. Что и говорить, перспективы развития были очень впечатляющими, и это привело к тому, что конкуренция и отношения между предприятиями различных форм собственности, разрабатывающими программное обеспечение, стали максимально жесткими и прагматичными.
К концу второго десятилетия нового века мощность суперкомпьютеров достигла поразительных величин. В большинстве развитых стран мира успешно эксплуатировались десятки суперкомпьютеров, каждый мощностью один миллион Терафлоп. Столь разительное увеличение мощности компьютеров определялось совершенной элементной базой и внедрением новых технологий. На практике была реализована теоретическая возможность запоминания, и передачи одного бита информации с помощью одного электрона, причем сделано это было на традиционных плоских и объемных микросхемах. Быстрыми темпами развивались молекулярные и субмолекулярные технологии, позволяющие экспоненциально увеличить обрабатывающую мощность компьютеров. К ним можно было отнести технологии, использующие модифицированные нанотрубки, биологические молекулы, в том числе ДНК, а также квантовые технологии, основанные на использовании субатомных частиц в качестве рабочих элементов. Несколько особняком находились технологии, использующие фотоны вместо электронов для передачи и обработки информации.
На всех этих направлениях в последние годы произошел существенный прорыв. Результатом этого стало появление персональных компьютеров с обрабатывающей мощностью десять в четырнадцатой степени операций в секунду. Такие высококлассные машины имели высокую цену, но выгода от их применения многократно превышала затраты, поэтому новые компьютеры были приобретены многими научными учреждениями мира, как рабочий инструмент для ведущих специалистов. Эти вычислительные машины были включены круглосуточно. В нерабочее время они автоматически подключались к мировой компьютерной сети для решения сложных и актуальных задач современности. Общая мощность всепланетной вычислительной сети, которая теоретически могла быть задействована для решения сверхсложных задач, составила на конец 2019 года более миллиарда Терафлоп.
Значительные мощности персональных компьютеров, а также новое поколение систем объемной компьютерной визуализации способствовали созданию бытовых трехмерных дисплеев, формирующих динамичное объемное изображение непосредственно в воздухе. Использование такого оборудования увеличило эффективность труда специалистов самых разных профессий. Возможность визуального наблюдения за изменениями внутри моделируемого объекта или процесса была чрезвычайно важна как для инженеров и конструкторов технических профессий, так и для разработчиков новейших технологий в генетике, биологии, химии и т.п.
Очень привлекательной была возможность проведения постоянно действующих конференций по различным проблемам науки и техники, на которых информация и гипотезы представлялись в виде динамичных трехмерных изображений. Для одновременного участия в обсуждении таких проблем нескольких десятков человек, участников одного проекта, работающих в различных городах мира, разрабатывались большие системы объемной компьютерной визуализации. Термин дисплей для больших систем объемной компьютерной визуализации не применялся, поскольку сходство между такими системами и традиционным дисплеем компьютера было весьма отдаленным. Внедрение первых больших систем объемной компьютерной визуализации в ведущих научных центрах мира способствовало сокращению числа научных конференций и дискуссий, требующих личного присутствия ученых, а также уменьшило необходимость личных контактов между учеными. Действительно, что может быть более понятным и доходчивым, чем открытие, мнение либо замечание, изложенное в виде динамичного трехмерного изображения, в деталях отображающего исследуемый процесс или явление. Вместе с тем необходимость изложения разных мнений в единой, доступной для общего понимания форме динамичного трехмерного изображения, потребовала разработать единые стандарты на создание трехмерных изображений и компьютерных моделей. Это было осуществлено своевременно и оперативно. Единые стандарты устанавливали единый язык общения для ученых всего мира, унифицировали программное обеспечение, систематизировали информацию и в конечном итоге сокращали время, необходимое для новых разработок, исследований, проверки научных гипотез и предположений.
С позиций создания единого пространства виртуального моделирования (ЕПВМ), все, что происходило во втором десятилетии в области компьютерного моделирования, являлось первым этапом перевода накопленных знаний в виртуальную форму, разработкой простейших уровней, отображающих реалии окружающего материального мира. Эти первые уровни ЕПВМ являлись первыми кусочками небывалой мозаики, из множества которых в будущем будет слагаться единая компьютерная модель мироздания, оснащенная системами интерактивного доступа к каждому уровню и системами обновления и корректировки взаимосвязей между уровнями.
Интенсифицировалось изучение процессов запоминания и мышления, происходящих в мозгу человека. Итогом этих исследований стало понимание в целом физиологических и биохимических механизмов запоминания и мышления. Недостающие знания были получены при помощи томографов нового поколения, способных отслеживать изменения и распределение электрической активности, температуры и некоторых других параметров в участках головного мозга человека. Свою лепту в изучение внутримозговых процессов внесли и биохимики, которые расшифровали молекулярную структуру многих соединений, принимающих участие в процессах запоминания, и определили последовательности биохимических реакций, обслуживающих процессы запоминания.
Полученные знания создали хорошие предпосылки для разработки новых способов ввода информации в мозг человека, основанных на использовании традиционных информационных каналов (зрение, слух, обоняние, тактильные ощущения и др.), а также на новых оригинальных идеях. Основной подход базировался на доказанной возможности контролируемой перезаписи информации, хранящейся в подсознании человека, в те участки мозга, которые содержат информацию для осознанного повседневного использования.
Как известно, человеческий мозг хранит в подсознании практически всю информацию, полученную в течение жизни. Но подавляющая ее часть не может быть быстро извлечена и использована для решения возникшей проблемы или просто по желанию. Причина заключается в отсутствии природного механизма, который бы позволял подключать для оперативной работы головного мозга резервы информации, хранящиеся в подсознании. Отсутствие такого механизма является одним из элементов защиты человеческого мозга от информационных перегрузок, приобретенным в процессе эволюции. Значимость подобного механизма для современного человека, обладающего развитым интеллектом и повышенным самоконтролем, весьма сомнительна. С одной стороны излишне загромождать сознание человека постоянными заботами о правильном функционировании всех систем жизнеобеспечения организма, с другой стороны в жизни человека бывают моменты острой необходимости, когда ситуация требует выложиться на пределе собственных возможностей. И в таких случаях возможность ручного управления системами жизнеобеспечения организма может быть крайне желательна.
Однако Природа все же предусмотрела существование механизмов частичного избирательного перевода информации из подсознания в сознание человека, что подтверждается существованием таких явлений как вспоминание во сне и интуиция. Эти механизмы стали основой технологии запоминания больших объемов информации.
29-04-2015, 01:52