В принципе, задача построения таких миниатюрных систем — аналогов машин и механизмов — решена. С помощью техники атомно-силовой микроскопии можно сконструировать, буквально сложить из отдельных атомов, как из кирпичиков, любую заданную систему с любыми свойствами, необходимыми для решения самых разных задач — от лечения людей до освоения космоса. Такое конструирование не будет очень простым, так как физические и химические закономерности в наноструктурных объектах принципиально отличаются от закономерностей, поведения отдельного атома или среды, состоящей из большого числа атомов. Эти особенности изучаются, и нет сомнений, что методы создания наноструктурных механизмов будут совершенствоваться.
Далее возникает проблема массового производства таких объектов, которая решена природой, умеющей размножать клетки делением, и не решена человеком, но есть теоретические предположения. Это значит, что рано или поздно человечество научится производить наноустройства в необходимых количествах.
Однако самое главное, что по предлагаемым способам тиражирования такие наносистемы могут стать способными к самостоятельному развитию, как развивалась жизнь на Земле, и нет гарантий, что мы сможем управлять этим новым эквивалентом жизни, или, если хотите, новой альтернативной жизнью.
Польза некоторых из уже реализованных наноустройств, в частности широко известных нанотрубок, очевидна. И у человечества достаточно времени, чтобы подумать, где следует остановиться.
Что такое наследственность?
Наследственность — это присущее всем живым организмам свойство передавать в ряду поколений от родителей детям сходство форм, физиологических особенностей, обмена веществ и характера индивидуального развития. Только благодаря биологической наследственности оказывается возможным воспроизведение форм жизни из поколения в поколение. Это принципиально отличает характер развития живого мира от неживого.
Генетическая информация хранится в дезоксирибонуклеиновой кислоте — ДНК. Она записана с помощью кода, представляющего собой чередование всего четырех нуклеотидов — аденина, гуанина, тимина и цитозина. Этого алфавита из четырех букв оказывается достаточно, чтобы написать детальную инструкцию, как должен создаваться и развиваться будущий организм. Ген можно рассматривать приблизительно как параграф инструкции, описывающей важную деталь будущего организма. В целом же для человека такая инструкция записана в 23 парах хромосом, входящих в состав ядра клетки. При этом в каждой паре передана одна хромосома от отца и одна от матери.
Хромосомная наследственность подчиняется довольно строгим математическим закономерностям, часть из которых была открыта Грегором Менделем. Проявление признаков, заложенных в генотипе, может зависеть от условий среды. Так, скажем, цвета глаз или группы крови это не касается, а вот рост и вес тела сильно зависят от условий развития.
Однако в клетке есть и ДНК, входящая не в состав ядра, а в другие органеллы. Она обеспечивает неядерный механизм наследственности, который подчиняется иным закономерностям. Неядерная наследственность в основном передается по материнской линии.
Иногда термин «наследственность» применяют к передаче некоторых инфекций. Такую наследственность называют инфекционной. В тех редких случаях, когда инфекционные агенты взаимодействуют с клетками хозяина вплоть до вторжения в его генетический аппарат, отделить инфекционную наследственность от нормальной биологической практически невозможно.
Иногда термин «наследственность» применяют к передаче навыков, образования и традиций. Простейшим примером социальной наследственности служат условные рефлексы. Они не наследуются непосредственно, а заново вырабатываются каждым поколением. Однако роль биологической наследственности в скорости закрепления условных рефлексов и особенностей поведения бесспорна, поэтому в социальную наследственность входит компонент биологической.
Важность социальной наследственности трудно переоценить. По современным представлениям Homo sapiens, уступавшие в физическом развитии неандертальцам, выиграли у них эволюционное соревнование благодаря развитой речи, обеспечившей передачу информации о жизненном опыте предыдущих поколений.
В закономерностях передачи генетической и социальной информации много общего. Например, в борьбе с придуманными хакерами компьютерными вирусами используются те же принципы, что и в борьбе с биологическими вирусами.
Что такое озоновая дыра?
Для многих людей термин «озоновая дыра» — символ глобальной экологической катастрофы. Чтобы понять, что это такое, обратимся к истории.
Когда в 1785 году при пропускании электрической искры через кислород голландский физик и ботаник Мартин ван Марум обнаружил новый газ озон, пахнущий грозой, никто и не думал, что без него жизнь на Земле невозможна.
Озон образуется в результате присоединения к молекуле кислорода третьего атома кислорода при воздействии электрического разряда, а также под действием ультрафиолетового излучения. Озон живет около получаса. При его распаде снова образуются молекулы кислорода и отдельные его атомы. Эти атомы способны окислить все элементы, кроме золота и металлов платиновой группы, поэтому озон убивает любые бактерии, оказываясь прекрасным дезинфицирующим средством. С конца XIX века он используется в медицине. Однако озон и очень ядовит. Его предельно допустимая концентрация в воздухе составляет 1 мг/м3.
Чем же так важен озон для земной жизни? Дело в том, что в солнечном излучении содержится мощная ультрафиолетовая составляющая, губительная для белков. В диапазоне длин волн меньше 200 нанометров она хорошо поглощается кислородом. А вот в опасном для жизни диапазоне 200–320 нанометров такого поглощения у кислорода нет. Другой основной компонент атмосферы — азот — в этом отношении совершенно нейтрален. В стратосфере на высотах от 12 до 50 км Солнце само образует и постоянно поддерживает озоновый слой, защищающий наземную жизнь. Он был обнаружен в 1913 году французскими учеными Шарлем Фабри и Анри Буиссоном при проведении спектроскопических исследований.
Из-за высокой химической активности озона, наличия потоков веществ в атмосфере и изменений солнечной активности поведение озонового слоя очень сложное. Наблюдения за его толщиной и концентрацией важны и ведутся постоянно. В 1985 году британские ученые впервые сообщили, что обнаружили над Антарктидой большое падение концентрации озона в области диаметром 1000 км, что и было названо озоновой дырой. Концентрация озона над Антарктидой уменьшается каждый год в августе и восстанавливается в декабре или январе. Над Арктикой это происходит в менее обширной области. За годы наблюдений было обнаружено и заметное уменьшение концентрации озона во всем слое. Это открытие привлекло к нему внимание.
Ученые склоняются к тому, что падение общей концентрации озона действительно связано с деятельностью человека. Основной аргумент состоит в том, что озон химически очень активен и вступает в реакцию практически с любыми веществами, в частности с бромом и хлором из фреоновых выбросов, которые особо сильно влияют на концентрацию озона в средних и приполярных широтах. Найдены и другие механизмы разрушения озонового слоя — антропогенные факторы. Что касается собственно дыр, то влияние на них человека оценивается более сдержанно.
К сохранению озонового слоя мировое сообщество относится очень серьезно. В 1987 году подписан Монреальский протокол об ограничении озоноразрушающих выбросов, а в 1991 году его требования усилены. В 1994 году Генеральная ассамблея ООН объявила дату подписания Монреальского протокола — 16 сентября — ежегодным Днем защиты озонового слоя Земли.
Что такое полярное сияние?
Мы с вами уже обсуждали, что внутри Солнца идет реакция слияния ядер водорода, при которой образуются ядра гелия. При этом излучаются электромагнитные волны, в частности тот видимый и невидимый свет, благодаря которому на Земле есть жизнь. Одновременно Солнце покидает огромное количество заряженных частиц — протонов и электронов. Их поток называется солнечным ветром.
Термоядерная реакция слияния водородных ядер не идет спокойно и равномерно. Время от времени происходят мощнейшие взрывы, перед которыми весь человеческий ядерный потенциал — ничто.
Во время таких вспышек Солнца поток нейтронов и электронов резко возрастает. В зависимости от скорости вылета через сутки-двое поток частиц достигает Земли и попадает в ее магнитное поле. Конфигурация силовых линий магнитного поля Земли такова, что под его действием солнечные протоны и электроны, несмотря на огромную скорость их движения, не могут достичь плотных нижних слоев атмосферы в экваториальных широтах. Однако в приполярных областях такое проникновение оказывается возможным, в том числе и для частиц, отдрейфовавших вдоль силовых линий с экватора.
