Время живых машин. Биологическая революция в технологиях

Время живых машин. Биологическая революция в технологиях
Сьюзан Хокфилд

Столетие назад наука позволила инженерам создать целый ряд удивительных новых технологий, настолько изменивших наш мир, что мы уже не можем представить без них нашу жизнь. Но, как утверждает всемирно известный нейробиолог Сьюзан Хокфилд, мы находимся на пороге новой революции, когда в результате соединения открытий в области биологии с инженерным искусством появится множество поистине фантастических технологий следующего поколения. «Время живых машин» описывает некоторые из самых интересных новых разработок, созданных в результате совместной работы ученых и инженеров. Вирусные аккумуляторы. Белковые фильтры для воды. Наночастицы, способные обнаружить рак. Протезы, читающие мысли. Сельскохозяйственные культуры, выведенные компьютером. Все эти новейшие проекты открывают перспективу технологической революции XXI в., которая позволит преодолеть некоторые из величайших гуманитарных, медицинских и экологических проблем нашего времени.

Сьюзан Хокфилд

Время живых машин. Биологическая революция в технологиях

Книга издана при поддержке Политехнического музея и Фонда развития Политехнического музея

Переводчик Виктория Краснянская

Научные редакторы Мария Осетрова, Виктория Гинанова, канд. биол. наук

Редактор Антон Никольский

Оформление серии Андрея Бондаренко и Дмитрия Черногаева

Издатель П. Подкосов

Руководитель проекта И. Серёгина

Корректоры М. Миловидова, С. Чупахина

Компьютерная верстка М. Зинуллин

Дизайн обложки Д. Черногаев

Фото на обложке National Cancer Institute on Unsplash

Фото автора на обложке Len Rubinstein

The Age of Living Machines: How Biology Will Build the Next Technology Revolution

© Susan Hockfield, 2020

Иллюстрации. Somersault1824 BVBA

© А. Бондаренко, Д. Черногаев, художественное оформление серии, 2021

© Издание на русском языке, перевод, оформление. ООО “Альпина нон-фикшн”, 2021

Все права защищены. Данная электронная книга предназначена исключительно для частного использования в личных (некоммерческих) целях. Электронная книга, ее части, фрагменты и элементы, включая текст, изображения и иное, не подлежат копированию и любому другому использованию без разрешения правообладателя. В частности, запрещено такое использование, в результате которого электронная книга, ее часть, фрагмент или элемент станут доступными ограниченному или неопределенному кругу лиц, в том числе посредством сети интернет, независимо от того, будет предоставляться доступ за плату или безвозмездно.

Копирование, воспроизведение и иное использование электронной книги, ее частей, фрагментов и элементов, выходящее за пределы частного использования в личных (некоммерческих) целях, без согласия правообладателя является незаконным и влечет уголовную, административную и гражданскую ответственность.

?

“КНИГИ ПОЛИТЕХА” – партнерский проект ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО МУЗЕЯ, издательств CORPUS, “АЛЬПИНА НОН-ФИКШН” и “БОМБОРА”.

В серии выходят лучшие современные и классические книги о науке и технологиях – все они отобраны и проверены учеными и отраслевыми специалистами.

Серия “Книги Политеха” – это пять коллекций, связанных с темами постоянной экспозиции Политехнического музея:

“Человек и жизнь” – мир живого, от устройства мозга до биотехнологий.

“Цифры и алгоритмы” – математика, искусственный интеллект и цифровые технологии.

“Земля и Вселенная” – происхождение мира, небесные тела, освоение космоса, науки о Земле.

“Материя и материалы” – устройство мира с точки зрения физики и химии.

“Идеи и технологии” – наука и технологии, их прошлое и будущее.

Политехнический музей представляет новый взгляд на экспозицию, посвященную науке и технологиям. Спустя столетие для музея вновь становятся важными

мысль и идея, а не предмет, ими созданный.

Научная часть постоянной экспозиции впервые визуализирует устройство мира с точки зрения современной науки – от орбиталей электрона до черной дыры,

от структуры ДНК до нейронных сетей.

Историческая часть постоянной экспозиции рассказывает о достижениях российских инженеров и изобретателей как части мировой технологической культуры – от самоходного судна Ивана Кулибина до экспериментов по

термоядерному синтезу и компьютера на основе троичной логики.

Политех делает все, чтобы встреча человека и науки состоялась. Чтобы наука осталась в жизни человека навсегда. Чтобы просвещение стало нашим

общим будущим.

Подробнее о Политехе и его проектах – на polytech.one (http://polytech.one/)

Посвящается Тому и Элизабет за их постоянное терпение, мудрость и любовь

Пролог

Последние несколько десятилетий, пребывая в должности декана и проректора Йельского университета, а затем президента и теперь уже президента-эмеритус[1 - Обозначение для преподавателей, которые в связи с преклонным возрастом освобождены от исполнения своих ежедневных обязанностей. – Прим. пер.] Массачусетского технологического института (МТИ), я имела редкую возможность заглянуть за горизонт науки. От того, что я там видела, захватывает дух. Нам выпало стать свидетелями появления гениальных и чрезвычайно мощных биологических инструментов: вирусов, которые могут самостоятельно формировать элементы питания; белков, способных очищать воду; наночастиц, умеющих находить и уничтожать раковые клетки; протезов, которые могут читать мысли; компьютерных систем, повышающих урожайность культур.

Новые технологии словно сошли со страниц фантастических романов, но они реальны. Разработка многих из них продвинулась уже очень далеко, и каждая ведет свое начало из одного и того же революционного источника – соединения[2 - P. Sharp, T. Jacks, and S. Hockfield, “Capitalizing on Convergence for Health Care,” Science 352, no. 6293 (2016): 1522–1523, http://doi.org/10.1126/science.aag2350 (http://doi.org/10.1126/science.aag2350); Phillip Sharp and Susan Hockfield, “Convergence: The Future of Health,” Science 355, no. 6325 (2017): 589, http://doi.org/10.1126/science.aam8563 (http://doi.org/10.1126/science.aam8563).] биологии и инженерного дела. Эта книга рассказывает о том, как происходит этот синтез, – о значительных научных открытиях, соединивших две такие разные области знаний вместе, и об исследователях-новаторах, использующих это слияние, чтобы изобретать инструменты и технологии, которые изменят нашу жизнь в наступившем столетии.

Нам нужны новые инструменты и технологии. Сегодня население земного шара составляет примерно 7,6 млрд человек[3 - Департамент по экономическим и социальным вопросам ООН, демографический отдел “Перспективы мировой урбанизации, редакция 2018 г.”, 2018, http://population.un.org/wup/DataQuery (http://population.un.org/wup/DataQuery).], и ожидается, что к 2050 г. оно превысит 9,5 млрд. Вырабатывая энергию, которая служит топливом, согревает и охлаждает сегодняшнее население, мы уже выбрасываем в атмосферу такое количество оксида углерода, какого хватит, чтобы изменить климат планеты на многие века, и сейчас мы сталкиваемся с последствиями этого[4 - Chunwu Zhu et al.,“Carbon Dioxide (CO

) Levels This Century Will Alter the Protein, Micronutrients, and Vitamin Content of Rice Grains with Potential Health Consequences for the Poorest Rice-Dependent Countries,” Science Advances 4, no. 5 (2018): 1–8, http://doi.org/10.1126/sciadv.aaq1012 (http://doi.org/10.1126/sciadv.aaq1012).]. Температура и уровень океана растут[5 - John A. Church and Neil J. White, “A 20th Century Acceleration in Global Sea-Level Rise,” Geophysical Research Letters 33, no. 1 (2006): 94–97, http://doi.org/10.1029/2005GL024826 (http://doi.org/10.1029/2005GL024826); Benjamin D. Santer et al., “Tropospheric Warming over the Past Two Decades,” Scientific Reports 7, no. 1 (2017): 3–8, http://doi.org/10.1038/s41598-017-02520-7 (http://doi.org/10.1038/s41598-017-02520-7).], большие участки земного шара поражены засухой, голодом и устойчивыми к лекарствам болезнями. Если просто распространять инструменты и технологии, имеющиеся сейчас в нашем распоряжении, это не решит ужасающие проблемы, с которыми мы сталкиваемся в мировом масштабе. Как мы можем получать доступную, но не загрязняющую природу энергию, производить достаточно чистую воду, разрабатывать более эффективные лекарства по низким ценам, предоставлять равные возможности для инвалидов и обеспечивать больше продуктов питания, не нарушив мировой экологический баланс? Нам нужны новые решения для этих проблем. Без новых технологий мы обречены на трудные времена.

Нам уже приходилось сталкиваться с прогнозами, предсказывающими всевозможные несчастья. В 1798 г. преподобный Томас Роберт Мальтус[6 - Мальтус Т. Р. Опыт о законе народонаселения. – Петрозаводск: Петроком, 1993.], английский священник, демограф и экономист, установил, что повышение уровня населения неизбежно превысит рост производства продуктов. Результаты его анализа предупреждали о единственно возможном исходе – массовые вспышки голода, войн и болезней. Как заявлял Мальтус, эти вспышки смогут регулировать численность населения, но только ценой смерти множества людей. “Непреодолимое увеличение народонаселения, – писал Мальтус, – не может сдерживаться без нищеты и бедствий”.

Но Мальтус был не прав. Уже в его дни фермеры начинали применять новые методы обработки земли, в том числе четырехпольный севооборот и внесение удобрений для повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Эти методы полностью изменили уравнение. Они сделали землю более плодородной и наполнили рынок большим количеством продуктов. При наличии доступной пищи население Англии выросло даже быстрее[7 - Комплексный проект учета численности народонаселения Великобритании. Последнее изменение – май 29, 2015, http://www.freecen.org.uk (http://www.freecen.org.uk/).], чем предсказывал Мальтус, что помогло удовлетворить требования к рабочей силе в период индустриальной революции. Технологически обусловленная сельскохозяйственная революция[8 - Mark Overton, Agricultural Revolution in England: The Transformation of the Agrarian Economy (Cambridge: Cambridge University Press, 1996); Robert C. Allen, “Tracking the Agricultural Revolution in England,” Economic History Review 52, no. 2 (1999): 209–35, http://doi.org/10.1111/1468-0289.00123 (http://doi.org/10.1111/1468-0289.00123).] XIX в. внесла свой вклад в начало новой эпохи инноваций и экономического роста.

Сейчас мы подошли к подобному моменту. Предвещающие несчастья проблемы грозят нам последствиями, которые могут стать катастрофическими. Если их ничем не сдерживать, то они приведут к бедствиям и катастрофам на большей части земного шара. У нас нет средств, чтобы справиться с ними, – пока что нет. Но, когда мне удалось заглянуть за научные горизонты, я увидела удивительно яркое будущее. Биология и инженерное дело соединяются такими способами, которые ранее и представить себе никто не мог[9 - Susan Hockfield, “The Next Innovation Revolution,” Science 323, no. 5918 (2009): 1147, http://doi.org/10.1126/science.1170834 (http://doi.org/10.1126/science.1170834); Susan Hockfield, “A New Century’s New Technologies,” Project Syndicate (2015), http://www.project-syndicate.org/commentary/engineering-biotech-innovations-by-susan-hockfield-2015–01 (http://www.project-syndicate.org/commentary/engineering-biotech-innovations-by-susan-hockfield-2015-01).], и этот синтез вскоре сможет предложить нам решение некоторых самых значительных и кажущихся непреодолимыми проблем. Мы вот-вот вступим в эпоху невиданных ранее новшеств и процветания, и возможность наступления лучшего будущего будоражит как никогда.