Поле кода. Искусственные генетические машины

Как и любое поле, поля ДНК имеют дальнодействующий волновой характер. Понимание этого позволяет, не замыкаясь на конечном алфавите нуклеотидных оснований, лишённом перспектив прогресса в принципе, продолжить поступательное понимание и развитие геномных технологий. Подтверждение полевой гипотезы означало бы непосредственное проникновение физики в геномику. Это другой уровень понимания и новые возможности. Интересно, но верно и обратное. Новый прогресс в физике будет достигнут не через её внутреннее развитие, а из наук о жизни. Биология и геномика – это науки о высших уровнях, физика – о низших. И «…нам не удастся полностью понять процессы, происходящие на нижних уровнях, до тех пор, пока мы не поймём законы высших уровней» (П. Девис). Поэтому стоит с осторожностью относиться к прямым применениям квантовой механики и других физических теорий к генетическим и иным процессам в биосистемах.

Я считаю, что полевая гипотеза – совсем не окончательная теория генома, а лишь возможный способ описания. И предложена она не с целью узурпировать право на окончательную истину, а наоборот, показать, что такого эксклюзива нет ни у одной из существующих и будущих теорий. Её ценность – в открытии новых способов исследования и диалога с Кодом. При этом я точно не знаю ответов на множество вопросов, которые могут быть адресованы этой теории и являются тёмной стороной науки о жизни. Вот некоторые из них:

– как трансформируется поле при переходе от «стационарного» состояния в режим репликации?

– как формируются поля копий?

– связь с механизмом естественного отбора;

– механизм дифференциации клеток;

– эволюция полей в момент оплодотворения и многие другие.

Но эти же проблемы не имеют даже перспектив решения в рамках центральной догмы. Напротив, полевая модель, не отрицая общих положений современной геномики, предполагает наличие существенно больших полномочий Кода.

С каждым новым крупным открытием в науке на свет будет появляться новая модель Кода. Она будет усложняться. Сейчас она химико-механическая. Грядут топологическая, полевая, вибрационная и далее лингвистическая и т. д. Будут расширяться возможности продуктивного диалога с Кодом. Возникнут и будут усложняться технологии техноценоза.

В моём представлении живое – это балет, танец взаимодействующих сущностей: ДНК, РНК, белков и других участников. Их полевые объятья приводят к совокуплению и постоянному воспроизведению этого действа, происходящего в водяной сфере, каждая молекула которой подыгрывает режиссёру. Каждый участник отменно знает свою роль и либретто в целом. Его движения и вся партия синхронизированы с другими и окормлены матрицей гармонических отношений.

Прибегнуть к художественному образу пришлось и с целью украсить текст, и для порождения размышлений о том, что часто очень разные и далёкие друг от друга вещи оказываются неожиданно близкими и родственными по сути. Геномные науки могут многое позаимствовать из конструкции наших «искусственных» творений – музыки, танцев и т. д. Такой конструктивизм имеет явную практическую ценность.

Структура и поля генома – всего лишь инструмент для музыки Природы. Познать через них партитуру невозможно. Как в театре кукол: видны движения рук, ног, но не сам кукловод. Вопрос о движущей силе по-прежнему открыт. Может ли эта движущая сила распространяться на неорганическую материю? Возможно, какие-то фрагменты ответа найдутся после перекрёстного оплодотворения топологии, физики и биологии.

Гипотеза о наличии у такой сложной структуры, как геном и связанных с ним процессов полевой и вибрационной составляющих, представляется очень логичной, простой и гибкой. Она свободна от умозрительных субстанций, а главное – вполне проверяема. Это важные признаки её перспективности и стимулы ей заняться. Возможно, это просто признаки моего большого желания и частное мнение. Но я пока не нашёл внутри неё и в себе внутренних противоречий. Но не стану исключать, что спирали могут оказаться в итоге просто способом компактного хранения информации в пространстве и не иметь самостоятельной ценности для процессов репликации.

1.15. Есть ли у Кода цель?

В этом разделе мои размышления не подкреплены практическим контекстом, и поэтому его можно пропустить без особой потери смысла.

Есть ли у Кода самостоятельная цель и стратегия?

Было бы ошибочно приписывать эти атрибуты самостоятельной сущности только человеку. Почему такой возможности должен быть лишён Код, породивший его и всю биосферу?

Эволюция физических, биологических систем построена на общем правиле – борьбе за самостоятельное выживание. Это стратегия любого кусочка материи. «Живое существо прежде всего стремится показать свою силу – сама жизнь и есть стремление к власти» (Ф. Ницше).

С другой стороны, это отражает всеобщую тенденцию материи в любых возможных условиях генерировать порядок. Вселенная постоянно генерирует порядок, одновременно разлагая его. Т. е. я хочу сказать, что мы видим не истощение и расходование запасов когда-то созданного порядка, а его постоянную генерацию, воспроизведение.

Каждая система, использующая градиент порядка, стремится сохранить его. И это порождает борьбу. Стратегии Кода – пример реализации активной агрессивной захватнической политики. Код, как вирус, захватывает неживую материю, оживляет её, заставляя служить себе.

Код для сохранения и продвижения себя во времени использует две разные стратегии-технологии:

– репродуктивную. Использование минимального самовоспроизводящегося алгоритма (минимальный Код), который, вероятно, не изменялся на протяжении существования. Он может быть активирован и развит в других мирах;

– эволюционную. Геном формирует организмы с возрастающей разумной компонентой, что позволяет обеспечивать их устойчивость и жизнеспособность.

Множественность воплощений гарантирует сохранение Кода даже в условиях неизбежных изменений, помех и, как следствие, многочисленных ошибок передачи.

Один из механизмов сохранения генома – естественный отбор. Его гильотина нужна для выбора лошади-победителя с целью продолжить на ней путь с большей вероятностью успеха.

Эффекты эпигенетики, возникновение и развитие различных ветвей жизни, распространение жизни в пространстве, освоение новых диапазонов и другие чудеса живого – это всё способы адаптации Кода с целью выживания. Но оно не представляет никакой самостоятельной практической ценности. Эволюционное совершенствование – не цель, а инструмент. В ходе этого процесса Код нарастил на себя огромные одежды, перешёл от необходимого минимального набора к сложности, позволяющей гибко реагировать и выживать в изменчивом внешнем окружении. Избыточная сложность подразумевает множество степеней свободы. Это позволяет ему в широком диапазоне условий из любого доступного источника экстрагировать материю и энергию для своего воспроизведения. Как демон Максвелла, он преодолевает и эксплуатирует даже тепловой хаос.

И смысл, и тайна эволюции биоматерии заложены в процесс передачи порядка. Сам линейный Код вторичен. Он инструмент, инструкция.

«…Единственной защитой от безустанных атак хаоса, спасительной нитью, протянувшейся над энтропийным провалом, мог стать лишь безотказный передатчик упорядоченности; так возник код… Тут она (эволюция) работала под постоянным надзором: этого требовала цель – поддержание существования кода, отсюда величайшая собранность и величайшее разнообразие средств. Вот почему Эволюция вручила генную нить эмбриогенезу, т. е. не строению, но строительству организмов» (С. Лем).

Жизнь не есть таинство, а просто воплощение Кода, системы химических элементов, организованных в специфическую пространственную структуру. Но и не может быть жизнь только приспособлением. Если бы это было её целью и смыслом, то она давно исчезла бы, приспособившись, слившись с окружением. Будет грустно, если жизнь всё же окажется такой затухающей вероятностью.

Когда-то атомы, электроны, протоны, фотоны и другие «коллеги» построили Код. Теперь он спускается вниз, назад к ним. С помощью обратных процессов геном стремится изменить свой базис на более надёжный, позволяющий увеличить степень устойчивости и выживаемости.

Человек – особое звено в передаче Кода, в создании «бессмертного» тела генома нового уровня. Наши будущие тела – ЭМ биогеометрические субстраты с системой потребления энергии и порядка в широком диапазоне условий, действующие с огромной скоростью мыслительных и двигательных процессов. Код, воплощённый в такое обличие, оставит себе лишь небольшую и поэтому устойчивую материально-вещественную структуру, заменив остальное полями и вибрациями.

Коды материи очень многообразны: некоторые устойчивы и существуют относительно долго, другие активируются только в специально созданных условиях и т. д. Но всё это знаки препинания, в лучшем случае слоги и простые слова. И только Код жизни смог написать о себе и мире отличным от внутреннего содержания языком огромный роман из материи. Он продолжает ускоренно размахивать пером, как будто чувствуя конец, пытается обратиться к Вселенной как можно более мощным прощальным аккордом. Запечатлеть, впечатать себя как можно сильнее в фундамент материи в надежде спастись от неминуемого распада хрупкого тела биоматерии. Может, это и есть его цель, пришедшая из глубины осознания тупика своей биоэволюции?

А может, он в упоении своими «успехами» самозамкнулся, «пошёл по кругу», утратил импульс развития? Возможно ли, что он ошибся и, пытаясь обуздать слепые и могущественные силы Природы, с лёгкостью могущие разрушить его хрупкие биоэтюды, подошёл к порогу самоуничтожения?

А вообще, не много ли мы ему приписываем? Или это просто желание переложить ответственность за нашу жизнь и её последствия на Бога или Код? Поскольку так проще, давайте обличать его во всех своих бедах!

Глава 2. Искусственные генетические машины

2.1. Возможности Кода

Код подразумевает производительную активность: от процессов на микроуровне до кипучей деятельности, осуществляемой его носителями. Он вгрызается в материю на ту глубину, где её молекулярная упорядоченность пока ещё может противостоять его активности, энергетической вооружённости и творческой мощи. Но он не может преодолеть и вовлечь в оборот вещества внутренние связи, которых не в состоянии изменить.

Геном обладает энергией определённого качества. Качество энергии – это её частотная характеристика и организация в пространстве-времени. Оно определяется в том числе формой, в которую заключено. Мера качества энергии – в её производительной потенциальной силе.

Качество может являться загадочным «скрытым параметром», связанным с «жизненной силой». Полярность, заложенная в полях Кода, есть чистая потенция. Она разряжается вовне через пробуждение и оплодотворение, вовлекая в свой оборот доступную материю. При оплодотворении она проявляется, например в виде периодических волн (п. 1.7).

Эта творческая, самовозобновляемая энергия не есть нечто потустороннее, особенное. Она также действует в неорганической материи. Мы наблюдаем её в стройной и вместе с тем «туманной» структуре микромира. Разгадав его в любом из миров, мы поймём и другие её проявления. Важным направлением является исследование природы и роли пространственной организации материи.

Я считаю, что эта энергия и логико-причинная схема генома могут быть использованы (активированы) как для биосферы, так и для неорганической материи.

2.2. Понятие и цели активации

«Всё сырьё и все материалы наших технологий, по существу, пассивны, и поэтому нам приходится их обрабатывать, формируя в соответствии с заранее принятыми планами. Речь идёт о том, чтобы от такой пассивности перейти к технологии субстратов, активных ещё на молекулярном уровне… Вы слепы и не видите истинной творческой мощи кода, ведь Эволюция едва успела её испробовать, ползая по самому дну пространства возможностей. Так что трудилась она на неслыханно узком участке, зато неслыханно глубоко: свой концерт, своё диковинное соло она сыграла на единственной – коллоидной – ноте, ведь главный наказ гласил, что партитура сама должна становиться слушателем-потомком, который повторит этот цикл. Однако для вас не будет никакого интереса в том, что код в ваших руках только и мог, что репродуцировать себя дальше… Вскоре вы сами выйдете за пределы белка. Вы извлечёте код из белковой монотонности, из этой щели, где он застрял ещё в археозое, и выведете его на новые пути. Изгнанный из тёплых коллоидных растворов, он обогатится лексически и синтаксически, в ваших руках он вторгнется во все уровни материи, опустится вниз до нуля и достигнет пламени звёзд…» (С. Лем).

Когда-то мы приручили скот и получили пищу и тягловую силу. Научились управлять полями и материей и подчинили себе огромные энергии, синтезировали множество материалов и увеличили свои вычислительные способности. Сейчас пытаемся освоить творческие самоорганизующие силы природы. Но прежде чем мы сможем порождать их по своему усмотрению, необходимо пройти этап подражания, плагиата, извлекая эталоны и принципы для самоорганизации из действующей природной библиотеки. Из всех известных «кодонов» только Код жизни породил потрясающее многообразие форм, позволяющих ему устойчиво существовать на протяжении сотен миллионов лет, сумел вовлечь в свой оборот костную неорганическую материю, породил дворец сознания. И это пока единственный известный нам самоподдерживающийся автореплицирующийся Код. Поэтому именно от его изучения следует ждать главного импульса для технологической эволюции.

Однако сомнения в возможности перезапуска Кода в других сферах материи остаются. Может ли он быть активирован для иных целей, нежели жизнь в её нынешнем виде? Может ли геном работать в иных сферах, кроме коллоидных растворов? Реализованы и исчерпаны ли в ходе длительной эволюции все возможные средства и способы, приводящие к авторепликации? Полагаю, что нет. Свидетельство тому – развитие технологий, приведшее к увеличению производительной силы человечества способами, не использованными и неизвестными естественной эволюции. Возможности Кода, скрытые в нашем безмолвном теле, помноженные на знания и завоёванные пространства, могут стать совершенным инструментом преобразования Вселенной. Но даже если эти ответы будут для нас отрицательными, то в любом случае прямое применение генома способно при соответствующих условиях производить нечто совершенно новое.

Под активацией Кода я понимаю способы реализации его творческого потенциала в различных материальных и информационных средах.

2.3. Технология техноценоза

Использование действующего генома – сравнительно простая задача, но лишь начальная фаза технологии искусственной «жизни». Самая сложная и интересная проблема – создание искусственного Кода и его материальная реализация.

Не могу отказать себе в удовольствии снова воспроизвести ряд цитат С. Лема:

«Совокупность его (кода) артикуляций – систем растений и животных – потенциально бесконечна, хотя и ограничена, т. к. в таком коде невозможно артикулировать такой фенотип, который будет, например, динамо-машиной или атомным реактором. Что же касается трансбиологической технологии, то под ней хотим понимать взятие на себя основ жизни не как образец для плагиатов или даже дерзких рекомбинаций, а как логико-причинную схему для включения в неё постбиологического состояния материи. Технокод становится записью „виновной“ информации, возможно, построенной из абиологических элементов».

«Речь не об оригинальности строительного материала, а о методике, основанной на том, что определённая информация может быть самореализующимся прогнозом собственного структурного состава… корень эволюционной технологии в информации, закодированной так, что она сама преобразовывалась в желаемую материальную систему. Если мы внедрим это правило в энергию и вещества, к которым жизнь не имеет доступа, то выйдем из ограничений, характерных для всего живого, так и из ограничений, свойственных нашим многочисленным технологиям».

Процесс создания технологии техноценоза стоит разделить на этапы:

– поиск техногена;

– кодирование «генетической» информации;

– поиск среды;

– высвобождение и трансляция кодированной информации в среду;

– совмещение передаваемой информации со средой.

2.3.1. Поиск техногена

Код может быть импортирован из существующих библиотек биологического или неорганического миров. Кодом может быть или информация, хранящаяся в структуре вещества, или физико-химические процессы, в том числе процессы самоорганизации, их излучения и вибрации.

Вполне уместно подражание действующему Коду. Но оно не может быть прямым копированием, которое затем оснащается соответствующим энергетическим потенциалом для реализации в иных средах. Копирование возможно только как воспроизводство логико-причинной схемы, характерной для генома. Её элементы: топология, последовательность репликационных действий, алгоритм линейной упаковки информации – могут быть воспроизведены на другом материальном носителе, который и будет затем использоваться. Пример – музыка. Один и тот же звуковой ряд может быть записан на магнитную ленту, жёсткий диск и т. д. и, наконец, в память человека. Физические свойства записи зависят от носителя.

В Природе множество самоорганизующихся систем. И у каждой свой алгоритм. Ещё более мощное многообразие потенциально существует, но скрыто. Эти схемы, наверное, проще генома. Но чем больше мы будем узнавать, тем меньше будет разрыв наших представлений о них и процессах в биоматерии. Никто не может быть уверен, что мы не сможем создать нечто более совершенное, чем геном, а главным ограничением будет уровень нашей фантазии.

Организующий потенциал Кода определяется диапазоном его изменчивости без потери целостности. Чем он шире, тем больше возможностей его разнообразных воплощений. Это определяется топологией структуры Кода. Поэтому чем сложнее организована структура вещества или процесса, тем больше их потенциальные возможности.

Действующий Код – это вещественное образование с определённой топологией. Искусственный же Код может существовать в том числе в виде полей или вибраций на разнообразных носителях. Им может быть всё что угодно: от фразы, закодированной азбукой Морзе и двоичным кодом, до музыки Баха, преобразованной в ЭМ или акустическое поле.

Может быть осуществлено смешение, гибридизация кодов существенно отличающихся видов. Это сродни квантовой запутанности. Гибридизация может быть осуществлена и перекрёстно: для генов живого и кодов неорганической материи.

Для гибридизации возможно применение голографии. В некоторой области пространства друг на друга могут быть наложены статичные голографические изображения разных кодов.

В разделе 2.3.3 изложены соображения относительно материальной базы искусственной геномики.

2.3.2. Кодирование «генетической» информации

В геноме информация уже находится в виде, готовом для авторепликации. Однако при трансляции её с помощью полей или излучений её топологическая упаковка может разрушаться, и информация станет неактивной. Поэтому так же, как и для искусственных техногенов, возможно, потребуется дополнительная докодировка. Эти методы описаны в разделе «Поля Кода». Возможно создание ещё более сложной топологии с использованием нескольких стадий «спирализации». На каждой могут использоваться одинаковые по смыслу устройства с последовательным увеличением (уменьшением) масштаба. Возможен реверс направления вращения.

2.3.3. Поиск среды

2.3.3.1. Главная проблема техноценоза

«…Гены статичны, а белки динамичны, представление генов – то же, что перевод с нуклеотидного диалекта на аминокислотный диалект. С тем же основанием можно сказать, что нуклеотиды образуют память жизни, а белки служат процессорами жизни…» «Можно синтезировать гены, которых нет в природе, но гены – это строители и распорядители белков, следовательно, придётся сначала проектировать такие циклы процессов, которые не входили до сих пор в репертуар биологического обмена веществ» (С. Лем).

И если для создания техногенов есть хотя бы какая-то практическая основа, то для сред, в которых они могут реализоваться, всё намного сложнее. Её поиск окажется самым сложным этапом техноценоза.

Целью активации Кода может являться:

– процесс, в котором реализуется нужная функция. Например синтез вещества, способного в постоянном режиме самовоспроизведения адсорбировать из внешней среды тяжёлые металлы, а затем выделять их в виде осадка;

– материал с нужной структурой и свойствами. Пример – создание копии человеческого органа, максимально приближенной к оригиналу. Для этого в процесс её выращивания вносится активная генетическая информация, формирующая её структуру и отношения с окружением.

2.3.3.2. Общие требования:

– клеточное (квазиклеточное) строение;

– способность к восстановлению;

– возможность авторепликации в цикле какого-либо процесса (если речь идёт о процессе);

– наличие условий для резонанса или синхронизации между веществами (процессами) – партнёрами кода.

При активации и синтезе технокодов необходимо учитывать универсальную эволюционную стратегию таких объектов – борьбу за вещество, информацию, энергию, пространство. Поэтому для успешного выращивания технокода необходимо снабжать его этими компонентами нужного качества и в достаточном количестве.

При этом должны быть соблюдены оптимальные характеристики «посевного ансамбля» в целом. Он не может быть слишком плотным, поскольку это будет уменьшать шансы на выживание каждого элемента из-за недостатка ресурсов, но и слишком разреженным, т. к. в этом случае может не возникнуть необходимое коллективное поведение. В теории самоорганизации и структурообразовании известен его примерный аналог – минимальный размер нуклеации, ниже которого система не может набрать необходимый потенциал для самовоспроизведения.

Оценить эффективную плотность «посевного материала» возможно на основе действующего Кода жизни по следующим характеристикам: плотность упаковки информации, размер отдельной ДНК, среднее расстояние между ними и соотношение этих величин.

Расстояние между генами соответствует необходимому объёму питательной среды для устойчивой работы одного гена. Оно определяется его производительностью и размерами партнёров по биоценозу: белков и др. С другой стороны, оно должно быть достаточным для формирования устойчивой связи между соседями, интеграции их в единый организм и формирования коллективного ответа на внешние воздействия. Вероятно, эти обстоятельства определили размеры различных клеток.

По-видимому, существует универсальная взаимосвязь между размером генома и расстоянием между соседями. Она может быть описана простым уравнением или известными константами типа золотой пропорции. При конструировании технокода эти расстояния будут играть важнейшую роль.

Здесь можно обнаружить прямую аналогию с взаимоотношениями в царстве животных, птиц и других видов, обитающих в рамках ограниченной территории. В таких сообществах плотность «народонаселения» определяется такими же факторами, как и при распределении генов в пространстве. Из таких аналогий можно многое извлечь для понимания работы Кода и его целей.

На самом деле, размер ДНК у существующих организмов много больше минимально необходимого для авторепликации. В процессе длительных эволюционных блужданий Код оброс массой частностей, подробностей, многие из которых не являются жизненно необходимыми для его работы. Они привязаны к конкретному носителю Кода, который сам по себе – всего лишь временный эпизод в его борьбе за выживание.

Задачи поиска технокода и среды для его воплощения различны. Но всё, что было сказано, одинаково пригодно для решения их обеих.

2.3.3.3. Перспективные материалы

Выбор элемента кодирования определяется совпадением «химической данности» с его «репликационной реактивностью». Может оказаться, что «жизнь стоит на углероде», потому что он был субстанцией (элементом), исключительно подходящим Земле.

Ниже представлены потенциальные кандидаты на роль таких элементов исходя из моих ограниченных знаний о современных материалах. Но совершенно точно, что пока мы и близко не имеем вариантов генерации самовоспроизводящихся процессов.

«Однако множество неожиданностей, которыми нашпигована история нашей цивилизации, предостерегает от преждевременного отбрасывания <…> таких <…> предложений и идей…»

Следует искать и синтезировать вещества, прежде всего имеющие квазиклеточное строение и хотя бы приближённо проявляющие черты жизни – способность к самовоспроизведению и авторепликации. К новой внебелковой эволюции вещества с жёсткой кристаллической структурой мало пригодны. Потенциально интересны аморфные, кластерные, поликристаллические и жидкие состояния.

Жидкости

«…Жидкая фаза давала биоценозу в некоторой степени наиболее благоприятное многомерное экспериментальное пространство…»

Структура жидкостей многоконформационна, подвижна и чувствительна к внешним факторам. Это делает их потенциально важными кандидатами, но в основном применительно к биообъектам. Для этого вода остаётся важнейшим кандидатом. Главной проблемой её использования является стандартизация её характеристик (подробности в разделе 2.3.5).

Полимеры

Перспективны для создания техногенов и сред для репликации. Но уже сейчас могут использоваться для испытаний влияния генома.

Критерии отбора:

– близость по химическому составу к ДНК или по возможности взаимодействия с подобными органическими соединениями;