Владимир Крупин - Карлики рождают гигантов
На IV съезде Венгерского микробиологического общества был продемонстрирован подобный прибор. Он регулирует ферментационный процесс. Прибор позволяет вести сразу несколько наблюдений: производить оценку РП (редокс-потенциала), соотношения углерода — азота, подсчитывать расход кислорода с точностью до 0,1 процента, количество ростовых факторов и витаминов с точностью до 0,5 процента и определять температуру.
Электронную модель, воспроизводящую ход микробиологических процессов, создали ученые Московского университета. Перед машиной ставят вопрос: какой режим выращивания больше всего соответствует заданным целям? Полученные по ее совету экспериментальные данные вновь закладываются в машину, чтобы в следующий раз она могла ответить более точно и развернуто. Таким образом, в течение одного часа с помощью электронной модели можно испытать такое количество различных вариантов, на экспериментальную проверку которых потребовался бы год работы.
В недалеком будущем моделирование войдет в повседневную жизнь ученых. С его помощью будут проводить анализ физиологических функций микробной клетки, исследовать кинетику ростовых и биохимических процессов, управлять микробиологическим синтезом в промышленном масштабе.
Технический прогресс все теснее переплетается с прогрессом в биологии. Влияние на нее методов точных наук все ощутимее и плодотворнее. Не следует, однако, думать, что биология превращается в отрасль физики и химии. Напротив. Использование данных точных наук для объяснения механических, электрических или химических свойств живых организмов лишний раз подчеркивает их биологические свойства. Явления, происходящие в живом, как бы они хорошо ни описывались физически, происходят не в мертвых механизмах, а в саморегулирующихся и самовоспитывающихся сущностях, созданных в результате длительной эволюции.
Самое сложное — выявить собственно биологические закономерности жизни. Мы видели, как сложно, кропотливо, целеустремленно шаг за шагом, штрих за штрихом воссоздается общая картина.
Работа, которую ведут биологи, напоминает чем-то работу кинематографистов. Создается многосерийный панорамный фильм. Каждая серия — два часа. Это 7200 секунд, по 24 кадра в каждой. Итого — 102 800 кадров в серии. И над каждым кадром надо немало потрудиться. Надо найти место для съемок, нарисовать декорации, подготовить актеров, звук, массовку, прорепетировать с главными исполнителями, сделать пробы и тысячи других дел. Пройдет немало времени, пока эти 102 800 кадров промелькнут на экране со скоростью 24 кадра в секунду, превратившись из разрозненных киноснимков в единую картину.
Экспериментальная биология чем-то походит на съемочный коллектив. Есть, конечно, между ними известная разница. Но так же, кадр за кадром, кропотливо готовится съемка. Эпизод за эпизодом запечатлевается на «кинопленке» науки. Скорость, с какой проходят перед взором научного оператора явления жизни, много выше. Некоторые эпизоды длятся миллионные доли секунды. А их тоже надо запечатлеть. Надо зафиксировать детали, которые невидимы ни на телеэкране, ни в ультрафиолетовых, ни в инфракрасных лучах. Далеко не все еще попало в объектив наблюдателя. Тайнопись живого. Так называется будущий фильм. Еще не отсняты миллионы кадров. (Я не случайно привожу шестизначную цифру — на планете 2 миллиона научных работников, и почти каждый вносит свою лепту в подготовку общей картины.)
Когда кадр за кадром картина эта будет готова, мы сможем «прокрутить» ее и еще раз убедиться, как захватывающе интересна окружающая нас действительность.
Когда это будет? Без сомнения, в наши дни. Биология находится перед прорывом вперед, как считают многие ученые. Прорыв приведет нас к научной и технической революции не меньшего масштаба, чем открытие атомной энергии.
«Достигнутый современной молекулярной биологией и еще продолжающийся детальный анализ всех звеньев процесса биосинтеза белков может рассматриваться как решающая фундаментальная подготовка к тому гигантскому научному скачку, который должен привести к разгадке основных принципов и законов живых систем, — скачку, все будущие теоретические и практические последствия которого сегодня невозможно даже предугадать». Так считает биохимик А. Спирин. Я намеренно цитирую этого молодого ученого, находящегося, образно говоря, в точке роста этой науки и небезуспешно двигающего ее вперед и выше. Новейшая биология представлена в нашей книге самыми молодыми отраслями знания. И именно молодежи суждено сказать в ней самое веское слово.
Вступление к книге, которая еще не написана
Пора перевернуть последнюю страницу книги. По обычаю здесь положено сделать заключение, подвести кое-какие итоги.
Нарушим традицию. Поговорим о новой книге. Неважно, кем она будет написана, этим автором или другим, — она должна быть написана. Потому что теме, затронутой нами, нет конца. Ибо нет конца у научного поиска, который ведется сегодня и будет вестись завтра, послезавтра, всегда.
Наука накапливает новые факты с невероятной быстротой! Читатель перелистал эту книгу, быть может, за несколько минут. А за это же время химики мира открыли или синтезировали еще одно новое вещество. Биологи, биохимики, биофизики планеты закончили за эти минуты не один десяток и начали не одну сотню новых опытов.
Новые факты. Новые выводы. Новые открытия и теории. Популяризатор не в состоянии поспеть за творцами науки. Стремясь разобраться хотя бы в главном, он выхватывает случайное. Его рассказ подобен следам путника на песке. По ним можно видеть только дорогу, по которой он шел. Кто хочет знать, что именно он видел на своем пути, должен пользоваться его глазами.
Вот почему из того беглого и весьма поверхностного обзора фактов и путей современной экспериментальной биологии, который проделан выше, можно сделать только два определенных вывода.
Первый отдает дань вечному пессимизму исследователя: как мало мы еще знаем. Зато второй вполне оптимистичен и не менее употребителен в среде ученых: как много нам предстоит узнать!
О чем же мы узнаем в новой книге? До сих пор мы говорили о биологии, о благотворном влиянии на ее развитие точных наук — физики, химии, математики, механики. Кибернетика, электронная микроскопия, изотопы и другие новейшие методы исследования перевооружили биологию. Применение их помогло вскрыть важнейшие закономерности живого. Четкость действия живых механизмов, экономическая эффективность и сказочная быстрота процессов, происходящих в биологических системах, вызывают восхищение. И — зависть. Зависть, за которой следует стремление поставить биологию на службу точных наук. В самом деле: почему бы не использовать биологические закономерности для создания средств современной техники? Средств, более надежных и эффективных, чем те, которыми мы ныне располагаем.
На химических комбинатах мы получаем аммиак из азота воздуха и водорода. Мы тратим на это огромные количества природного газа и электроэнергии.
Почвенные микробы превращают инертный азот воздуха в тот же аммиак без заметных усилий. «Экономическая эффективность» их деятельности куда выше. Изучая полет птиц, человек создал летательные аппараты. Подобно этому, говорил в свое время академик А. Н. Бах, по-видимому, можно усовершенствовать технический синтез аммиака, изучив процесс фиксации азота бактериями.
Другая проблема — механохимия. Известно, что при работе мышц происходит прямое превращение энергии химических реакций в механическую работу. Коэффициент полезного действия мышцы чрезвычайно высок. Такого к.п.д. не знают пока ни электрические, ни бензиновые, ни иные моторы, созданные человеком. Первые искусственные модели механо-химических двигателей мы уже видели на технических выставках. Но они так же далеки от идеала, как модель самолета с резиновым моторчиком от современного турбовинтового лайнера.
У природы есть чему поучиться.
Процесс фотосинтеза — усвоение углерода из углекислоты воздуха — дает материал для построения остова всех органических соединений живой природы. Этот процесс происходит в каждом зеленом листе. Но секреты его неведомы пока современной индустрии. Химическая промышленность черпает ресурсы углерода из запасов, созданных растениями в далекой древности, — из угля, нефти, а также из леса, выросшего в наше время. Углекислота воздуха нами пока не используется.
Фотосинтез — самое крупное химическое «предприятие» на земном шаре. И хотя к.п.д. фотосинтеза очень мал (используется только один процент солнечной энергии, падающей на зеленый лист), общая продукция этого предприятия колоссальна. За год он производит приблизительно 1011 тонн органических веществ (в пересчете на углерод). Это в 100 раз больше ежегодной продукции угольной и нефтяной промышленности всего мира. Энергия, которую фотосинтетические машины накапливают ежегодно, в 10 000 раз превосходит энергию всех гидростанций планеты! Создание искусственных фотосинтетических машин — это пока что мечта человека. Когда они будут сконструированы, в истории развития химической индустрии начнется новая эра.
