О возможности создания биокомпьютера

НА ГЕНЕТИЧЕСКИХ СТРУКТУРАХ

В международном компьютерном еженедельнике “Сomputer World”(№ 5 от 3 октября 1995 г.) в рубрике “Подробности” была опубликована подборка статей, посвященная работам по созданию биокомпьютера на главной генетической молекуле  на ДНК. Томас Хоффман в статье “Болотная электроника...” описывает первые робкие попытки использования информационных биомакромолекул  некоторых белков (бактерио-родопсин, родопсин) в качестве субстратов записи-считывания информации как аналогов оптической дисковой памяти. Без сомнений, это интересное оригинальное направление, однако в данном случае ничего принципиально нового предложено не было, поскольку неважно откуда взято вещество-субстрат записи-считывания информации, на котором получают спектральные выжигания типа двоичного кода или с помощью лазеров записывают трехмерные изображения предметов в форме голограмм. Такое вещество может иметь абиогенное происхождение или, как в случае с родопсинами, извлекаться из биомембран солончаковых бактерий. В связи с этим, учитывая наши исследования, было бы логичным рассматривать молекулы ДНК как неразрывное единство Вещества и Поля также и в аспекте их участия как основной рабочей фигуры в искусственных биокомпьютерах. Это было бы полезно в развитии вычислительной техники и может привести к полной смене ее элементной базы в ряду: аналоговый-цифровой-“образный” или смысловой компьютер на ДНК.

Весной 1995 г. Леонард М. Адлеман, профессор вычислительных наук из Университета Южной Калифорнии, описал в журнале “Science” алгоритм использования ДНК для решения одной из версий “задачи коммивояжера”. Потребовалась всего неделя для получения ответа, в то время как традиционным компьютерам понадобилось бы несколько лет. При этом было использовано фундаментальное явление, свойственное молекулам ДНК  способность к так называемым комплементарным взаимоузнаваниям. Это явление заключается в том, что любые фрагменты каждой из двух цепочек ДНК находят в растворе (или в составе хромосом живой клетки) только собственные, в некотором смысле зеркальные, половинки и образуют нормальную двойную спираль. Успешность и быстрота автоматических поисков половинками ДНК друг друга как акта самоорганизации (самосборки) и обеспечили высокую скорость перебора вариантов в пределах “задачи коммивояжера”. Причины быстрых и точных взаимоузнаваний половинок ДНК до недавнего времени были неизвестны. А это необычайно важно для реального создания ДНК-компьютера, и об этом речь пойдет ниже.

Путь, который выбрал Адлеман, используя ДНК, не то чтобы неверен, скорее, он похож на попытки понять, как, например, происходит процесс мышления у Иванова, Петрова или Сидорова на основе нашего знания о том, что они любят вкусно поесть. Правильное и эффективное использование ДНК, как основного информационного элемента будущего биокомпьютера, немыслимо без понимания истинных функций генетических молекул в биосистемах. Возвращаясь к предыдущим главам, хромосомный аппарат, как система записывающая, сохраняющая, изменяющая и транслирующая информацию, может рассматриваться одновременно на уровнях вещества и достаточно хорошо изученных физических полей, которыми, как носителями генетической и общерегуляторной информации, оперирует континуум генетических молекул (ДНК,РНК). Континуум этот является основным компонентом совокупности хромосом, являющейся, по сути, биокомпьютером. Уровни вещества и поля, на которых хромосомный биокомпьютер функционирует, неразрывны и функционально дополняют друг друга. Здесь реализуются неизвестные ранее виды памяти (солитонная, голографическая, фантомная) и при этом молекулы ДНК могут работать как биолазеры и одновременно как среда записи лазерного сигнала. Кроме того, мы обнаружили, что ДНК способна излучать широкополосное сверхслабое электромагнитное поле, которое нам удалось усилить в тысячи раз. Впрочем, ДНК в этом плане является частным случаем, поскольку зафиксированное нами явление свойственно, вероятно, всем веществам [42], но хромосомы используют этот феномен, наверное, в высшей степени эффективно как один из волновых каналов информационных и (или) энергетических коммуникаций. Молекулы ДНК, как континуум любой биосистемы, способны к формированию прообразов биоструктур и организма в целом как “волновых копий” или “матриц” и сравнению построенного организма с ними как с реперами. В этом плане механизм быстрого и точного взаимоузнавания цепочек (половинок) ДНК, механизм, которым воспользовался Адлеман для решения “задачи коммивояжера”, лишь один из способов самоорганизации биосистем. Взаимоузнавание, в частности, происходит потому, что в молекулах ДНК зарождаются особые сверхустойчивые акустико-электромагнитные волны (так называемые солитоны), некоторые разновидности которых можно трактовать в рамках открытого в 1949г. “явления возврата Ферми-Паста-Улама” (ФПУ). Такие солитоны ДНК обладают двумя связанными типами памяти  собственно памятью, свойственной явлению ФПУ-возврата, т.е. способностью помнить начальные моды возбуждений и периодически к ним “возвращаться”. Другая память ДНК-континуума в биосистеме  квази-голографическая или фрактальная. Она связана с фундаментальным свойством биосистем  восстанавливать целое из своей части. Это свойство фудаментально и хорошо известно (черенкование растений, регенерация хвоста у ящериц, регенерация целого организма из яицеклетки). Высшая форма такой памяти  ассоциативная память коры головного мозга, т. е. нейронов. Бесперспективно рассуждать о ДНК-компьютере, даже решив с помощью молекул ДНК “задачу коммивояжера”, если не учитывать новую логику в понимании знаковых, кодирующих биофункций ДНК. Другая сторона дела состоит в соотнесении этой логики с многочисленными исследованиями по нейрокомпьтерам и попытками разобраться в “компьютерной” работе мозга без понимания кодирующих функций нервного импульса.

Принято считать, что нервный импульс прост, что он является всего лишь волной деполяризации, и поэтому шифровка информации здесь происходит только по частотному механизму. Расчеты показывают, однако, что частотные модуляции недостаточны для кодирования. А.А.Березиным проведено крупное исследование, из которого следует, что нервные импульсы  это все те же солитоны в рамках явления ФПУ-возврата, при этом, самое главное, такие солитоны отображают в своей структуре РНК-”тексты”, а следовательно, и ДНК[37] В развитии этой идеи нами выдвинуто предположение о знаковой смысловой связи солитонов на хромосомном уровне и солитонов нервных импульсов. Это свидетельствует в пользу связи сознания и его отображения  слова с основной информационной фигурой биосистем молекулами ДНК с их новыми, неизвестными ранее, типами памяти. Солитоны ДНК способны после “прочитывания ими генотекстов” покидать пределы ДНК в форме особых электромагнитных полей с тем, чтобы узнавать нужные участки других молекул ДНК и формировать целостные новые “тексты”, необходимые в данный момент для выполнения биофункций, в том числе и путем передачи информации в нервные импульсы. Что касается термина “тексты ДНК”, который раньше употреблялся для удобства и был взят взаймы у лингвистов для метафорического употребления, то оказывается, эта текстовая структура ДНК действительно сродни человеческой речи. Наши математико-лингвистические исследования [14,25, см. также предыдущие главы] показали, что такой ключевой параметр, как фрактальность, един для ДНК и человеческой речи. Это коррелирует с ранними работами в этой области[38]

Используя эти теоретические разработки и собственные данные по физико-химии ДНК, нам удалось экспериментально доказать возможность свертки генетической информации в форме солитонных волновых пакетов, описываемых физико-математическим формализмом явления возврата Ферми-Паста-Улама (ФПУ). Такие волновые пакеты с искусственно введенной в них биоинформацией, продуцируемые соответствующими ФПУ-радиоэлектронными устройствами, способны входить в резонансный информационный контакт с генетическим аппаратом животных, растений и, вероятно, человека с последующим резким и направляемым изменением их обмена веществ. Оказалось, что вещество наследственности  ДНК  является генератором ФПУ-солитонных акустических и электромагнитных полей. Именно поэтому ФПУ-генераторы способны вводить информацию в хромосомы по электромагнитным резонансным механизмам. Эффективность генераторов на порядки возрастает, если практически использовать феномен математической общности фрактальной структуры ДНК-”текстов” и человеческой речи. Грамматика генетических текстов является, вероятно, частным случаем универсальных грамматик всех языков людей. Поэтому и реализуются физико-смысловые резонансы солитонных структур ДНК и искусственных ФПУ-солитонных полей, как аналогов естественных ФПУ-хромосомных полей.

Вводя определенные кодовые вербальные команды через генератор ФПУ в генетический аппарат радиационно поврежденных семян растений, удалось достоверно уменьшить число хромосомных аберраций, т.е фактически блокировать поражающее действие рентгеновского облучения. Более того, оказалось, что возможна превентивная защита генома растений от жесткого рентгеновского излучения с помощью адекватных волновых команд. Контрольные эксперименты с хаотическими вербальными построениями (командами), введенными через ФПУ-устройства в геном биосистем, показали, что такие команды никак не влияют на целостность хромосом.

Эти эффекты предсказаны и проверены на основании использования математических компьютерных моделей, имитирующих “чтение” солитонами на ДНК генотекстов и ретрансляцию этих текстов в другие клетки и ткани.

Другие наши физико-математические модели и эксперименты обосновывают так называемый “антенный эффект” при возбуждении электромагнитными полями выделенных коллективных мод макромолекул ДНК. Это прямо связано с экспериментами по так называемому двухфотонной накачке геноструктур с последующим лазерным излучением ДНК [18] и также согласуется с нашими результатами по взаимодействию гелей ДНК с импульсным излучением инфракрасного лазера [25].

Вновь вернемся к компьютеру на ДНК. Ясно, что при его разработке необходимо использовать не только и не столько результаты эксперимента Адлемана. Чтобы реализовать свои возможности, ДНК должна находиться в привычной среде  в водном растворе или в жидкокристаллическом состоянии. Но это лишь начало. Другие возможности ДНК или хромосом могут быть выявлены в условиях, приближенных к тем, которые имеются в живой клетке. В пределе компьютер на ДНК  это и есть живая клетка, то есть надо создать искусственный организм, а это произойдет не скоро. Сейчас мы можем делать только какие-то приближения к состоянию ДНК в клетке, но и это немало. Можно перечислить то, что реально выполнимо уже сейчас. Прежде всего необходимо начать практическое использование новых типов памяти геноструктур и для этого пытаться конструировать ячейки памяти, работающие на явлении ФПУ-резонансов и (или) на способности записывать голограммы. Такая память будет на многие порядки по объему и быстродействию превосходить память существующих магнитных, оптических дисков и голографических систем. Вторая принципиальная возможность связана с этими типами памяти, но многократно усиливается способностью хромосом быть лазеро-активной средой. Препараты хромосом выступают в таком варианте и как ячейка памяти, и как лазеры, считывающие собственную (а также наведенную) голографическую и ФПУ-память. И, наконец, последняя из достижимых в настоящее время  использование квази-речевых характеристик ДНК. Можно создавать такие ДНК-лазеры, которые будут высвечивать и “озвучивать” как естественные генотексты, так и искусственные (синтезированные) знаковые последовательности полинуклеотидов, имитирующие естественные генопрограммы. Однако это весьма опасный путь и необходима система запретов на искусственные волновые гены. Такой способ работы с ДНК-компьютерами означает вхождение в новые семиотические ареалы генома человека, вообще всей биосферы, ареалы, которые Природа (или Бог) использовала для создания человека. Мысль вполне реалистичная, если учесть теоретические работы по коллективной симметрии генетического кода, проводимые школой Эйгена в Институте Макса Планка. Ее исследования показывают, что ключевая часть информации, записанная и записываемая как квазиречь в хромосомах всех организмов нашей планеты, носит искусственный характер. Наши данные о том, что хромосомный континуум и ДНК любой биосистемы является неким подобием антенны, открытой во вне для приема дополнительной (возможно, экзобиологической) информации, подтверждают сказанное. Можно думать, что геном организмов Земли, по крайней мере частично, является полигоном для смысловых экзобиологических влияний, и в этом плане существенно, что мы нашли первичные подходы к вхождению в этот семиотико-семантический ареал.

Основываясь на сказанном, можно предсказать, что открываются следующие перспективы знаковых манипуляций с геноструктурами как основным субстратом биокомпьютеров:

1. Создание искусственной памяти на генетических молекулах, обладающей поистине фантастическим объемом и быстродействием.

2. Создание биокомпьютера на ДНК, основанного на совершенно новых принципах и сравнимого по способам обработки информации и функциональным возможностям с человеческим мозгом.

3. Осуществление дистантного управления ключевыми информационными процессами в биосистемах через искусственные биокомпьютеры (лечение рака, СПИДа, генетических уродств, управление социогенетическими процессами и, в конечном итоге, изменение времени жизни).

4. Активно защищаться от деструктивных волновых влияний через обнаруженный информационно-энергетический канал.

5. Устанавливать экзобиологические контакты.

Подводя итог, спросим  что остается от логики постановочных экспериментов с ДНК, которую предлагают Адлеман и другие исследователи в области молекулярной электроники информационных биомакромолекул? Эта логика уязвима, поскольку основана на упрощенных представлениях о работе хромосом как чисто вещественного субстрата. Волновые функции геноструктур не берутся в расчет. Это тупик, который оборачивается все более нарастающим огромным финансированием по гено-биотехнологиям, по нейрокомпьютерам со все меньшим практическим выходом. Те же пороки ожидают и молекулярную электронику в ее попытках использовать одномерное мышление относительно ДНК при создании биокомпьютера.

Такой компьютер должен имитировать функции генома в части оперирования волновой информацией  то есть создавать образы, в том числе и квази-речевые, распознавать их, манипулировать ими как командными. Такие знаковые структуры будут обладать огромной биологической активностью. Даже сейчас лазер на ДНК, “заряженный” определенными текстами, например, геном продолжительности жизни, вероятно, мог бы продлить ее у человека на 300 400 и более лет. Необходимо перераспределение финансирования в генетике, эмбриологии и генной инженерии, а также в молекулярной электронике. Это позволит сделать прорыв в создании компьютеров с квази-генетической памятью, объем которой превосходит все мыслимые пределы, и способных управлять суперсложными процессами, реально сравнимыми с метаболизмом и мышлением. Такие биокомпьютеры будут способны контролировать и поддерживать нормальную жизнедеятельность человека во временных масштабах, приближающихся к бессмертию.

ЯВЛЕНИЕ ПЕРЕХОДА СВЕТА

В РАДИОВОЛНЫ ПРИМЕНИТЕЛЬНО

К БИОСИСТЕМАМ И БИОКОМПЬЮТЕРАМ [42]

Нами обнаружено явление перехода красного когерентного света в радиоволны при взаимодействии лазерного пучка с веществами. Рассмотрим, как формируются на порядки усиленные радиоизлучения геноструктур in vitro, формируемые за пределами лазерного резонатора, основной частью которых могут являться электроакустические поля, обнаруженные нами ранее, в частности, как волновые структуры ДНК, рибосом, коллагена и хромосом [25].

Для получения стоячей и бегущих волн на лазерном пучке, зондирующем геноструктуры, в наших экспериментах был использован специально изготовленный He-Ne лазер с мощностью излучения 2 mВт, длиной волны 632,8 нм, одночастотный со стабильным резонатором, управляемым посредством термостатирующего элемента. Схема эксперимента приводится на рис 15.

Это схема так называемого трехзеркального лазерного интерферометра имеет особенность в том, что внешнее зеркало резонатора является полупрозрачным или полностью прозрачным, а также может быть преобразовано в сложные композиции типа “сэндвич”, между слоями которого вводятся изучаемые препараты. В этой схеме имеются два информа-

Рис.15

ционных канала  один традиционный оптический, а другой по эфиру - радиоволновый. Рассмотрим вначале работу оптического канала для того, чтобы понять работу второго канала. Внешнее зеркало резонатора юстируется таким образом, чтобы отраженная часть оптического луча от этого зеркала точно попадала бы в резонатор. При этом прямой из лазера и отраженный от зеркала лучи интерферометра складываются и результирующая волна от сложения сигналов, прошедшая через полупрозрачное зеркало, анализируется пространственным фильтром и попадает на кристалл фотодетектора. Пространственный фильтр, представляющий собой точечную диафрагму, жестко соединен в едином моноблоке с корпусом фотодетектора, электрический сигнал от которого наблюдается на экране осциллографа. В зависимости от того, в какой спекл попадает точечный участок фильтра, наблюдаются те или иные осциллографические сигналы, которые появляются за счет резонансного усиления радиоизлучений, формируемых за пределами лазерного резонатора.

Регистрацию радиоволн проводили “радиопрослушиванием” близлежащего пространства (в радиусе до 4-х метров) вокруг препаратов специальным образом приготовленных хромосом (сперматозоиды мыши) и ДНК из селезенки быка. Концентрированные препараты (около 1 мг/мл в дистиллированной воде, а также в определенных сочетаниях с этанолом, водой, триптофаном и гуанозин-трифосфатом) наносили тонким слоем на грань полупрозрачного зеркала (предметное стекло), накрывали вторым предметным стеклом, выдерживали 3 4 суток до высыхания при , и направляли отраженный (промодулированный исследуемым препаратом) пучок света обратно в лазерный резонатор. В другой модификации использовали тонкую, отражающую свет, пленку ДНК без нанесения ее на полупрозрачное зеркало. Схема эксперимента с воздействием ультразвука на ДНК на рис.16.

Рис.16

При всех способах подготовки ДНК регистрировали отчетливые радиосигналы, различающиеся по характеру в зависимости от типа исследуемых образцов или их сочетаний. Зондирование ДНК и хромосом и их комплексов с перечисленными выше веществами сопровождалось особыми радиосигналами (радиозвуком), резко отличным от такового абиогенных препаратов. Характерным, и полностью совпадающим с данными [25], было наличие чередования четких одиночных радио звуковых периодических (или почти периодических) сигналов, чередующихся со стохастическими, аналогично наблюдению в [25] относительно характера воздействия инфракрасного лазера на ДНК. Представляется, что это еще одна демонстрация высокой самоорганизации (солитонообразования) ДНК в рамках явления возврата Ферми-Пасты-Улама, самоорганизации, свойственной генетическим структурам как одно из фундаментальных проявлений памяти наследственности. Иными словами, в настоящем исследовании мы в какой-то степени подтвердили обнаруженную в [25] “солитонную память” ДНК на определенные моды возбуждения препарата, например, на механические вибрации. Характерно, что специфические модуляции радио звука при этом полностью соответствовали изменению во времени двумерных спекл-картин рассеянного препаратами ДНК света. Этот эффект полностью прекращался, если на препараты воздействовали ультразвуком (25 кГц, мощность 6,6 ) в течение 1015 секунд на расстоянии 12 сантиметра. После этого радиозвук становился монотонным и практически не отличался от фонового.

Можно высказать рабочую гипотезу о том, какие события происходят при взаимодействии ультразвука и генетических структур:

а) происходят разрывы молекул ДНК;

б) некоторые моды (или обертона) “записываются” на уровне акустики ДНК в рамках солитонного явления возврата Ферми-Паста-Улама и периодически возвращаются, “проигрываются” геноструктурами, подавляя (зашумляя) генознаковую ( в том числе и онко-генознаковую) акустику ДНК;

в) происходят оба перечисленных процесса.

В живом организме при хирургических операциях на раковых опухолях ультразвуковыми скальпелями, разработанных В.И.Лощиловым, это приводит к “стиранию” извращенной генетической информации, даваемой онкогенами, и тем самым к прерыванию метастазов.