Вы - новичок

и хотите больше узнать о движении или вступить в него

Вы - активист

и вас интересует жизнь движения

Вы - инвестор

и вы заинтересовались проектами движения и возможностью финансирования

Вы - журналист

и ищете информацию или хотите взять интервью

Киборгизация клетки - первый шаг на пути к постчеловечеству

Дата опубликования статьи: 26.09.2006

Е. Поддубный,
автор статьи

Впервые бессмертием и возможностью его реализации я заинтересовался еще в 10-м классе, а с принципами нанотехнологий познакомился в 2000 году, наткнувшись в Интернете на несколько статей, посвященных наноустройствам. Их принципиальная возможность оперировать материей на уровне молекул и атомов была немедленно примерена к клеткам живых организмов, и открывающиеся перспективы использования этих устройств поразили и восхитили моё воображение. Замена живой клетки на наноустройство, способное к саморепарации и размножению — вот ключевой механизм к осуществлению мечты многих поколений алхимиков, мыслителей и магов.

Так как же будет осуществлена эта мечта? Процесс её реализации можно разделить на несколько этапов:

Первый этап — создание наноробота со следующими характеристиками:

  • размером около 1-2 мкм или меньше
  • с процессором производительностью порядка 100-200 MIPS (миллионов инструкций в секунду),
  • оснащенного механохимическими манипуляторами и сенсорами.

Почему мощность процессора столь невелика? Очень просто: любому устройству для функционирования необходима энергия, и любое устройство работает с КПД менее 100%. Поэтому возникают две проблемы: как обеспечить робота энергией и куда деть тепло, выделяющееся во время работы? Если количество тепла, образующегося в системе за единицу времени (тепловая мощность), превышает количество тепла, рассеиваемого в окружающее пространство, система перегревается и выходит из строя.

Медицинский наноробот
Медицинский наноробот

Оснастить наноробота химической батареей возможно, но тогда возникают проблемы с размножением и габаритами устройства. Ну не делить же, в самом деле, батарейку на две части? Да и проблема рассеивания тепла не решается... Значительно лучше брать некоторое количество энергии прямо из клетки — а это значит, что мощность процессора необходимо ограничить, чтобы клетка не погибла от истощения. При этом, поскольку процессор будет относительно маломощным, то тепла будет выделять немного, и его можно рассеивать в окружающие ткани, не опасаясь теплового шока. По поводу наращивания мощности мы поговорим ниже.

Как же решить проблему обеспечения энергией наноробота? На мой взгляд, можно пойти несколькими путями:

  • можно создать наноробота, использующего для своей работы энергию АТФ
  • Можно оснастить наноробота преобразователем энергии АТФ в электрическую энергию
  • Можно подключить к нанороботу часть митохондрий клетки, и использовать протонный ток, возникающий при работе митохондрии, для выработки электроэнергии
  • И, наконец, можно оснастить наноробота топливными элементами, вырабатывающими электроэнергию, посредством окисления глюкозы, растворенной в клетке

Второй этап замещения клетки «наноклеткой» пройдет под девизом: каждой клетке по нанороботу.

Как его осуществить?

На первый взгляд проще делать инъекции с нанороботами, но это только на первый взгляд. При таком способе доставки нанороботов возникает ряд проблем:

  • Нанороботы должны быть подвижными, чтобы распределятся в организме
  • Они должны иметь встроенные источники питания, что сразу увеличивает габариты и мешает их движению в межклеточном пространстве (размер межклеточных щелей — от 30нм до 1-2 мкм)
  • Возникнут сложности с координированием действий нанороботов в организме
  • Подвижных нанороботов сложно объединить в кластер
  • Подвижные НЭМС подвергаются большому риску атак со стороны весьма агрессивных клеток иммунной системы — тканевых макрофагов. Это требует биологически инертного покрытия корпуса, что увеличивает размеры и ограничивает подвижность. Стационарные НЭМС могут быть «спрятаны» внутрь клетки под защиту гликокаликса (Полисахаридное покрытие клеточной мембраны. Компонент системы HLA обеспечивающей распознавание «свой-чужой» клетками иммунной системы.).

Как же разрешить эти проблемы? Разумеется, путем саморазмножения роботов. Размножающиеся нанороботы, да еще внутри человеческого тела, у особо нервных читателей вызовут опасения: а как же серая слизь? Я уже с содроганием слышу крики борцов с серой слизью:

— В костер еретика! Анафема ему и его потомкам до седьмого колена!

Наноробот выполняет загрузку нейрона
Наноробот выполняет
загрузку нейрона

Естественно, в тело человека будет помещен не один наноробот, а целый кластер, то есть, несколько сотен нанороботов с компьютерами, объединенными в сеть. Рост кластера будет происходить путем инфильтрации (infiltratio лат. – Пропитка) тканей, строящейся нано-ЛВС (Локальная Вычислительная Сеть, LAN — local area network). А размножение нанороботов в кластере будет происходить методом наноассемблинга: наноробот создает свою копию. Затем эта копия, присоединенная к «родителю» проводом-нанотрубкой, наращивает этот провод со своей стороны и тем самым отодвигается от родителя. Достигнув соседней клетки, наноробот погружается в неё и закрепляется в мембране. После этого он готов к изучению клетки и производству себе подобных. Каждый наноробот прекращает размножение как только все соседние клетки будут заняты. Что нам это даст?

Во-первых, безопасность: программное обеспечение, ответственное за размножение и репарацию нанороботов, будет храниться в целостном виде на всем кластере в виде нескольких копий, кроме того, станет возможным осуществление «тоталитарного» надзора всех нанороботов сети за каждым отдельным нанороботом. Таким образом, повреждение аппаратной структуры или программного обеспечения отдельного наноробота не приведет к катастрофическим последствиям, сломанный наноробот будет остановлен, а затем – либо починен, либо разобран на компоненты. Так же не возникнет проблем с тканевыми макрофагами – нанороботы скрыты в клетках и недоступны для иммунной системы.

Во-вторых, появляется возможность координировать действия нанороботов в организме, так как внешние компьютеры будут «общаться» с единым кластером, а не с миллиардами независимых нанороботов.

В-третьих, кластеризация позволит нарастить производительность всей системы в целом: в человеческом теле порядка триллиона клеток, а триллион нанокомпьютеров мощностью 100 MIPS , соединенных в кластер на несколько порядков превысят суммарную производительность всего современного технопарка вычислительных устройств, начиная с карманных калькуляторов и заканчивая суперкомпьютерами Cray и BlueMounting , а фраза: «я утром думал левой пяткой» станет действительностью.

Итак, нанороботы, размножаясь, займут свои позиции в организме, причём бортовая ЭВМ будет располагаться на мембране клетки снаружи, а система энергообеспечения, комплекс сенсоров и манипуляторов будут располагаться в цитоплазме клетки. Таким образом, вырисовывается иерархия системы: все нанороботы будут объединены в кластеры согласно тканевой и органной структуры организма : тканевой суб-кластер, затем органный кластер, и, наконец, организменный мега-кластер. На каждом уровне системы будет исполняться свое собственное программное обеспечение:

  • на уровне наноробота ПО, ответственное за функционирование его аппаратной части,
  • на суб-кластере — ПО, ответственное за размножение и безопасность,
  • на кластере — ПО, ответственное за сбор данных и функционирование органа,
  • на мега-кластере – ПО, ответственное за систематизацию, анализ полученных данных и сопряжение всей системы с интеллектом человека.

Самое интересное здесь, на мой взгляд, именно сопряжение всей системы с интеллектом человека. Благодаря этому станет возможным изменение структуры тела для решения специализированных задач самим человеком без вмешательства извне.

Третий этап изучение с помощью нанороботов всех биохимических и биофизических процессов, протекающих в клетке.

На этом этапе, происходит сбор и анализ данных о функционировании клеток данного организма. Особенно тщательно этот этап будет проводиться над ЦНС, здесь будет исследовано всё: начиная от пространственных связей между нейронами и заканчивая особенностями третичной и четвертичной структуры каждого белка, особенностями функционирования и строения мембраны нейронов.

Четвертый этап — самый сложный и ответственный этап — киборгизация клетки

Что же собственно такое киборгизация клетки? Это постепенная замена клетки на соответствующие функциональные наноструктуры. Переход от Homo sapiens sapiens к Homo supersapiens nanotechnicus (Согласно таксономической классификации современный человек относится к роду Человек разумный ( Homo sapiens ) и виду Разумный. Т.е. получается – Homo sapiens sapiens . А название Homo supersapiens nanotechnicus переводится как Человек сверхразумный нанотехнический. И звучит лучше чем – Superhomo sapiens nanotechnicus (сверхчеловек разумный нанотехнический)).

В конце концов, это наш ответ Карлу Марксу – который утверждал, что жизнь это способ существования белковых тел. По моему, жизнь – это способ существования материи, стремящейся к противодействию энтропии в локальном объеме.

После досконального изучения работы клеточных механизмов станет возможна постепенная замена клеточных органелл на их синтетические аналоги, собранные с помощью нанороботов. Особенно это касается всё тех же нейронов ЦНС: ведь если все остальные клетки мы можем достаточно быстро и безболезненно заменить на нанороботов со специализированными функциями, то с нейронами процесс обстоит гораздо сложнее. Ведь именно они являются материальными носителями нашей личности.

Сам процесс киборгизации также можно разделить на несколько этапов:

станет не нужным ядро клетки — вся его информация о первичной (линейной) структуре белка и механизмах регуляции белкового синтеза будет считана кластером и будет храниться в нём. Это позволит избавиться от энергетически невыгодных и крайне уязвимых механизмов хранения информации о структуре белка и белкового синтеза. Необходимые белки будут синтезироваться с помощью механохимических манипуляторов.

Сначала лишатся ядер клетки тканей, обеспечивающих опорную функцию (кожа, соединительная, костная и мышечная ткань), и, в последнюю очередь, — нейроны ЦНС. Эта схема киборгизации клеток организма будет использоваться имморталистами-консерваторами, которые по каким либо причинам не захотят полностью перестраивать своё тело У имморталистов, желающих полностью использовать возможности нанотехнологий, клетки тканей, выполняющих опорную функцию, будут заменены на искусственные наноструктуры и наномеханизмы, способные лучше выполнять соответствующие функции, а третий этап киборгизации будет проводиться по сокращенной схеме — подробному изучению перед киборгизацией будут подвергнуты только нейроны. Кости, например, можно сделать из пенно-композитных керамик, армированных монокристаллическими нитями оксида алюминия (ну, или всё теми же нанотрубками), кожу — из мелких керамических чешуек, тоже армированных сверхпрочными нитями. Что касается мышц — их можно заменить их на сокращающиеся полимеры, или на блоки нано-сервоприводов. Это сервоприводы, подобные имеющимся у современных роботов, уменьшенные до наноскопического размера.

Но самые большие возможности даст нам киборгизация клеток нашего мозга. Давайте сначала задумаемся, что ограничивает возможности наших серых клеточек? Ну, конечно же — низкая скорость распространения сигналов между клетками. Ведь даже по самым быстрым миелинизированным волокнам ЦНС сигнал распространяется со скоростью порядка 1000м/с (1км/сек) (Аксон нейрона (т.е. тот его отросток, который передаёт сигнальный импульс дальше) покрыт особыми миелиновыми клетками, содержащими миелин. Миелин – это фосфолипид, выполняющий роль изолятора, как у привычных нам проводов. Он выполняет несколько функций – предотвращает растекание ионов натрия от клеточной мембраны в межклеточное пространство и предотвращает переход возбуждения от одного аксона на близлежащие). Для сравнения – скорость электрона в металлических проводах равна 10000км/сек, а скорость света в оптоволоконных системах связи около 298000 км/сек.Почему так медленно проводится сигнал в нервных волокнах? Всё дело в том, что сигнал в нашем мозге — это волна деполяризации, распространяющаяся по мембране клетки. При этом на мембране открываются так называемые натриевые каналы, и ионы натрия поступают внутрь клетки (этот процесс протекает без затрат энергии). Когда начинается обратный процесс (реполяризация) — натриевые каналы закрываются, и включается в работу Na + - K + -АТФаза. Это «насос», который выкачивает из клетки ионы натрия в обмен на ионы калия — этот процесс протекает против градиента концентрации этих ионов и требует расхода энергии. Именно от скорости протекания данных процессов и зависит быстрота проведения сигнала и то, насколько быстро нейрон будет готов к проведению следующего импульса.

Казалось бы, чего проще: поставить побольше ионных каналов на мембране клеток и побольше молекул Na - K -АТФазы и таким образом увеличить скорость проведения импульса. Но не всё так просто: работа Na - K -АТФазы требует большого количества энергии АТФ, а митохондрии вырабатывают АТФ с КПД около 40-60%, остальная энергия теряется в виде тепла, нагревая цитоплазму. Белковые структуры и мембрана клетки, способны адекватно выполнять свои функции в узком диапазоне температур (38-39˚С). Жидкокристаллические свойства клеточной мембраны вместе с водородными и вандерваальсовыми связями между функциональными группами аминокислот, входящими в состав белка, поддерживают правильную пространственную конфигурацию мембранных белков. Таким образом, скорость выполнения логических операций ограничена предельной тепловой мощностью, которую способен рассеять наш мозг без вреда для себя. В этом ему помогает хорошо развитое кровоснабжение, которое не только приносит питательные вещества, кислород и уносит продукты метаболизма, но и охлаждает его. Задумайтесь – вес среднего человека 70 кг, вес мозга — 1350 гр, при этом мозг потребляет 30% кислорода.

Киборгизация нейрона позволит перейти на другие, более быстрые и энергетически эффективные физические процессы проведения сигнала и тем самым совершить оверклокинг (В современном компьютерном жаргоне слово оверклокинг ( overclocking ) обозначает повышение тактовой частоты микропроцессора РС выше паспортных значений с целью повышения его производительности. Здесь употреблено в значении – «увеличить производительность мозга свыше установленных природой пределов») нашего мозга. На кластер нанокомпьютеров, возникший на месте нашей ЦНС, ляжет основная задача по реализации на них человеческого, а затем и сверхчеловеческого интеллекта. Но это уже тема другой статьи.

Вместо послесловия:

А теперь уважаемый читатель ответь и себе, и мне на один вопрос: предположим что, ты — первый наносапиенс, обладающий способностью даровать свои сверхспособности другим людям, которые впоследствии не будут каким-либо образом зависеть от тебя. Кто будет первым человеком, которого ты подобным образом облагодетельствуешь? Лично я, для себя уже ответил на этот вопрос...

Автор: Евгений Поддубный