Журнал Компьютерра - Журнал «Компьютерра» N 35 от 26 сентября 2006 года
Кремний, как известно, прозрачен для инфракрасного излучения лазеров, используемых в телекоммуникациях. Он хорошо подходит для изготовления оптических волноводов, модуляторов, переключателей и прочих элементов, что необходимо для производства оптических чипов по хорошо отработанной, дешевой и массовой технологии. Беда в том, что кремний не годится для излучения света. Все многолетние попытки обойти эту трудность и создать дешевый кремниевый лазер в чипе пока не привели к приемлемым результатам.
Вот и приходится в сегодняшних экспериментальных фотонных чипах либо присоединять заранее изготовленные полупроводниковые лазеры к кремниевому волноводу чипа, либо вводить свет от внешнего мощного лазера в кремниевую микросхему по специальному оптическому волокну, а там разделять его и использовать по разным надобностям. Оба решения дороги, неудобны и не позволяют как следует развернуться, поскольку такими способами в чип можно встроить лишь небольшое количество источников света.
***
В новой технологии лазеры в чипе с самого начала задуманы составными. Фосфид индия наряду с арсенидом галлия сегодня широко применяют для изготовления телекоммуникационных лазеров. Этот полупроводник призван эффективно излучать и усиливать свет, а уже кремниевый волновод формирует резонатор лазера, определяет его длину волны и остальные параметры.
Изюминка технологии в том, как соединяются два полупроводника с разной кристаллической решеткой. Соединение должно выдерживать напряжения, возникающие при нагреве работающего чипа, и не должно мешать фотонам. Для его создания ученые использовали низкотемпературную плазму кислорода, с помощью которой на обоих полупроводниках формируется тончайший слой их окислов. При нагреве и соединении слои окислов прочно связываются как своеобразный «стеклянный клей», толщина которого всего около 25 атомов. Технология позволяет за одну операцию «склеивания» получить сразу столько непрерывных гибридных лазеров, сколько необходимо. Исследователи в своей работе продемонстрировали изготовление сразу семи лазеров, способных излучать 1,8 мВт на длине волны 1577 нм.
Обещанный терабитный оптический передатчик в одном чипе может быть изготовлен, если 25 расположенных в ряд лазеров будут излучать на чуть разных длинах волн, излучение каждого будет модулироваться данными на скорости 40 Гбит/с, а затем собираться в одно оптическое волокно. Кремниевый модулятор, способный работать на скорости 10 Гбит/с, был показан инженерами Intel еще в прошлом году, так что все компоненты подобной системы, по крайней мере на экспериментальном уровне, практически готовы. Такие терабитные передатчики должны стать основой будущих суперкомпьютеров, обеспечивая обмен информацией между тысячами процессоров и выводя быструю «оптику» на новый уровень: из дальних коммуникаций в ближние.
Однако, даже по оптимистичным оценкам, пройдет еще несколько лет, прежде чем гибридные лазеры дойдут до массового производства. Первые образцы таких лазеров великоваты (0,8 мм в длину) и отказываются работать, если температура чипа превышает 40 °С. Но все эти трудности, по мнению разработчиков, будут преодолены по мере совершенствования технологии. ГА
Подножка для эгоистичной ДНК
Ничто так не заставляет человека ошибаться, как самоуверенность. Может, теория эгоистичной ДНК, восходящая к одному из отцов-основателей молекулярной биологии Френсису Крику [На самом деле, у молекулярной биологии была еще и мать - Розалинда Франклин. Шеф Розалинды, Уилкинс, без ее разрешения передал сделанные ею рентгенограммы структуры ДНК Уотсону и Крику. Те быстро опубликовали результат, к которому неминуемо пришла бы и сама Франклин. Нобелевскую премию находчивые мужчины поделили на троих], является следствием эйфории от первых успехов этой науки?..
А началось все с того, что генетики сочли гены первопричиной организмов. Организмы-де - лишь несовершенные воплощения генной информации, которые служат для воспроизводства своих хозяев - генов. А когда узнали, что подавляющая часть ДНК не входит в состав генов и не кодирует никаких белков, ее сочли «эгоистичной». Итак, пара процентов ДНК работает, предписывая организму его свойства, а большая часть ДНК ни за что не отвечает. Она существует сама по себе. Зачем выполнять какие-то функции, если организм и так передаст потомству все полученные им генетические последовательности?
Изучение «эгоистичной» ДНК показало ее высочайшую сложность и разнообразие. Для некоторых типов последовательностей были найдены более или менее важные функции. Накапливались косвенные данные, свидетельствующие об определенном значении всего объема генной информации организма. Так, видовые различия неожиданно оказались связанными не столько с генами, сколько с генным «мусором». Однако открытие предназначения некоторых типов «эгоистичной» ДНК не доказывало, что и другие ее типы тоже заняты чем-то путным. Тем не менее вера в «эгоистичную» ДНК (приносящую «интересы» организма в жертву возможности собственного воспроизводства) начала сменяться представлением о «мусорной» ДНК (не «эгоистичной», но тупо бессмысленной).
Для биологов с классическим мышлением такой подход неприемлем. По их мнению, наследственность - не причина организмов, а возникающее в ходе эволюции средство, которое позволяет сохранять отобранные средой приспособительные качества успешных особей. Любая часть организма, в том числе всякая часть генома, рассматривается как результат отбора, повышающего шансы на выживание и размножение самого организма. Конечно, случайности и поломки создают бесполезные фрагменты генома, которые со временем вычищаются отбором. Многочисленные и регулярно встречающиеся последовательности должны с этой точки зрения выполнять какие-то функции, объясняющие их (последовательностей) существование.
И вот теперь неожиданный аргумент в этом споре дало изучение генома инфузории тетрагимены (Tetrahymena thermophil), результаты которого опубликовал американо-канадский коллектив из полусотни ученых.
Возможно, клетки инфузорий самые сложные в мире живого. Некоторые из них весьма велики, ведь даже инфузорию туфельку можно увидеть невооруженным глазом (на контрастном фоне с хорошей подсветкой). У многоклеточных разные функции выполняются разными органами. Клетка инфузории тянет все это сама, да еще и приспосабливается к нелегкой жизни очень маленького существа. Управлять столь сложной клеткой при обычной организации ядра трудно или вовсе невозможно. Вероятно, поэтому инфузории имеют два ядра. Малое ядро (микронуклеус) отвечает за хранение наследственной информации и ее передачу следующим поколениям, а большое (макронуклеус) управляет самой клеткой. В макронуклеусе каждая хромосома может копироваться несколько сот раз, причем с каждой из таких копий доступно считывание необходимой информации. При половом размножении макронуклеус (рабочее ядро) разрушается, а у потомков заново формируется из материала, хранящегося в микронуклеусе (архиве).
Научные комментаторы обращают внимание на то, что, по полученным данным, число генов инфузории (более 27 тысяч) соответствует таковому у человека. Но самое удивительное не это. Исследователи тетрагимены сделали вывод, что при образовании макронуклеуса из него выкидывается подавляющая часть некодирующих белки последовательностей. Раз так, клетка вполне может «вымести мусор»! Если в микронуклеусе ничего подобного не происходит, на то должны быть свои причины. Сохранение некодирующей ДНК в ядре, обеспечивающем преемственность поколений, - свидетельство ее эволюционного значения. А если для каждодневной работы клетки такая ДНК не нужна, она вычищается из рабочего генома.
Это не все новости, связанные с изучением тетрагимены. Она использует иную версию генетического кода, нежели другие известные организмы. «Смысл» некоторых кодонов зависит от контекста, в котором они находятся (один и тот же кодон может означать и конец белковой цепи, и необычную аминокислоту, не входящую в стандартную двадцатку). Иными словами, тетрагимена ведет себя не как раба своей генетической информации, а как ее хозяйка.
Вероятно, представление о генах как о первопричине организмов должно отправиться на свалку. Помните платоновскую аналогию мира и пещеры? Пленники разглядывают тени на стене (предметы, организмы и пр.) и принимают их за действительность, тогда как это лишь несовершенные образы первопричин (платоновских идей, генов…). Такие взгляды - всего-навсего игра интеллекта. Наша жизнь связана с предметной, а не с идеальной действительностью. Наш успех и неудачу определяет та экологическая среда, которую населяют организмы. Давайте искать ответы на вопросы именно в ней. ДШ
