Конспект лекции "Нанороботы в живой клетке"
На сайте опубликован конспект лекции Бориса Режабека "Нанороботы в живой клетке". Просто кликните на ссылку "конспект" под описанием лекции. Файл в формате pdf откроется в новой вкладке вашего браузера:
Так же мы дублируем текст конспекта в этом посте.
НАНОРОБОТЫ В ЖИВОЙ КЛЕТКЕ
Что такое нанометр?
Это в 10 раз больше размера одного атома водорода, но в 10 раз меньше сфингомиелина, молекулы из которой построены мембраны клеток нашего организма. Нанометр - это одна миллиардная часть метра.
До середины ХХ века среди физиков существовало два подхода к изучению материи. Часть ученых продвигалась сверху вниз - от физических тел, которые можно увидеть и пощупать собственными руками, например, рычагов, блоков и других простейших механизмов, к более мелким объектам, например, транзисторам и микросхемам, размеры которых достигают микрометров (миллионных частей метра). Другие ученые двигались снизу вверх, изучая материю на примере отдельных атомов и все усложняющихся молекул, размеры которых не превышали нескольких нанометров. И вот в 1959 году нобелевский лауреат Ричард Фейнман предположил, что в том промежутке размеров, который не был охвачен ни теми, ни другими исследователями, в промежутке от десятков до сотен нанометров, кроются гигантские возможности. Время показало, что он прав, и в этом диапазоне вещества могут обретать новые удивительные свойства. Поэтому с 1993 года в области нанотехнологий ежегодно вручается премия имени Фейнмана.
Первые открытия, связанные с нанотехнологиями, стали возможны, когда был изобретен атомно-силовой микроскоп, который подходит не только для изучения микроскопических объектов, но и для манипулирования ими. При помощи этого микроскопа в 1989 году Дон Айглен из IBM выложил логотип своей компании из 35 атомов ксенона (рис. 1, 2).
В 2012 году IBM пошли еще дальше и сделали мультфильм, нарисованный отдельными атомами. Команда нашего музея уже давно восхищается этим мультфильмом и рекомендует посмотреть его вам.
Click to viewПервые конкретные шаги в манипулировании атомами вызвали бурю самых смелых футурологических прогнозов. Одним из самых активных популяризаторов нанотехнологий стал Эрик Дрекслер, который считал, что можно будет построить механизмы, похожие на те, которые мы имеем в реальном мире, но из отдельных атомов. Например, он считал, что можно будет создать аппараты, которые будут плавать в крови и возьмут на себя роль защитников организма от бактерий, вирусов или токсичных веществ (рис. 3)
Однако, мечты Дрекслера остаются слишком смелыми даже для нашего времени. Но есть и другой путь развития нанотехнологий. Оказалось, что многие биологические молекулы работают как самые настоящие миниатюрные механизмы, о которых мечтал Дрекслер. Ферменты, «отточенные» для решения специфических задач, антитела, узнающие чужие антигены, саморазмножающиеся (без помощи ДНК) белки - прионы, вирусы и бактериофаги - это все достаточно совершенные нанороботы. Человеческий гемоглобин - это молекула, которая может «сгибаться» и «разгибаться», чтобы отдавать и принимать молекулы кислорода (рис. 4).
РНК-полимераза - аппарат, который двигается вдоль молекулы ДНК, считывает её последовательность и на основе этой информации строит молекулу РНК (рис. 5).
Еще один прекрасный пример биологического наноробота - это молекула АТФ-синтазы, фермента, который позволяет нашим клеткам запасать энергию в форме молекул АТФ. АТФ-синтаза состоит из неподвижного стержня, вокруг которого вращается подвижная часть молекулы (рис. 6).
Вращение этой «наномельницы» происходит за счет движения атомов водорода в электрическом поле, точно так же, как обычное мельничное колесо вращается под действием падающей под действием силы тяжести воды. И даже взаимодействие сперматазоида и яйцеклетки в момент оплодотворения запускает ни что иное как работу множества биологических нанороботов.