Vinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.xVinaora Nivo Slider 3.x

Саморепликация (саморазмножение), как считается в настоящее время, является обязательной частью любой нанотехнологии, которая  имеет целью создание макроскопических объектов. Это следует из того очевидного факта, что наномасштабный наноассемблер за разумное время просто не в состоянии сформировать макроскопическую конструкцию. Даже простое тысячекратное арифметическое увеличение числа наноассемблеров не решает проблему, поскольку размер формируемых объектов также будет увеличен только в 1000 раз, а объём нанообъекта (~нм3 ) отличается от объёма макрообъекта (~м3 ) в 1027 раз, – слишком уж много атомов (каждый из которых, предполагается, индивидуально присоединен наноассемблером к макрообъекту) даже в одном грамме вещества. Только используя саморепликацию, при которой происходит экспоненциальное увеличение числа ассемблеров и, следовательно, ассемблируемых структур, реально позволит решить проблему создания макрообъектов "силами" наноассемблеров. Саморепликация является одновременно и перспективным методологическим принципом, и достаточно рискованным технологическим приёмом. Жизнь на Земле демонстрирует достаточно много примеров такой "двуликости" саморепликации. Любая природная экосистема – лес, луг, долина – демонстрирует совершенную гармонию, которая достигается в результате борьбы за существование её самореплицирующихся составных частей – организмов её составляющих. А с другой стороны, распространение СПИДа или любой другой эпидемии демонстрирует опасность неконтролируемой саморепликации. Природа снабдила нас инструментами для создания искусственных самореплицирующихся бионаномашин, но следует внимательно и аккуратно использовать эти знания. Клетки как автономные самореплицирующиеся объекты. Доказательством чрезвычайной эффективности принципа саморепликации является всеобщность и разнообразие проявления форм жизни на Земле. Все клетки земных организмов организованы одинаково и используют одинаковые механизмы саморепликации. В упрощённом виде все системы саморепликации имеют "стандартный" инструментальный набор.

  1. Информационно-управляемый ассемблер. Эта наномашина синтезирует новые молекулы согласно генетическим инструкциям. У современных клеток таким ассемблером является рибосома.
  2. Система хранения информации. Эта система хранит инструкции для ассемблера, которые определяют конечный результат самоассемблирования. Современные клетки в качестве хранилища генетических инструкций используют молекулы ДНК.
  3. Дупликатор. Эта наномашина дуплицирует генетическую информацию. В клетках таким дупликатором является ДНК-полимераза.
  4. Химические процессоры. Эти наномашины синтезируют те узлы, которые используют ассемблер и дупликатор, из простых исходных веществ. В современных клетках такую работу выполняют тысячи различных ферментов.
  5. Инфраструктура.

Эти наномашины создают ту необходимую инфраструктуру, которая характерна именно для клетки данного вида, отделяя её от окружающих клеток, но и обеспечивая возможность обмена веществом, энергией и информацией с клеточным окружением. Эта инфраструктура также обеспечивает необходимыми инструментами процесс клеточного деления. Основным компонентом такой инфраструктуры в современных клетках являются биомембраны со встроенными транспортными и сигнальными белковыми системами. Сами по себе организмы являются поразительными образованиями – их бесконечное разнообразие и сложность определяется достаточно лаконичным и ограниченным набором технологических инструкций (генов). И строение, и функции человеческого организма задаются информацией, содержащейся в поразительно малом по объёму геноме.

 Согласно современным оценкам для жизни и воспроизводства живого организма в лабораторных условиях необходимо 250-300 генов. Простейший организм Mycoplasma genitalium содержит ~550 генов. Однако этот организм живет внутри других клеток и использует продукты метаболизма хозяйской клетки для своих нужд. При этом этот организм самостоятельно осуществляет такие базовые функции как синтез белков, манипулирование ДНК, энергообеспечение. Кроме того, в плазматической мембране такого организма должно быть достаточное количество транспортеров для снабжения себя необходимыми веществами. Сравнительные исследования и эксперименты по блокированию или разрушению белков в таких организмах показали, что только половина из этих белков являются абсолютно необходимыми. Конечно же, сам по себе геном не является единственным источником "сборочной" и "репродуктивной" информации. Для эффективного функционирования геном должен быть размещен внутри живой, функционирующей, клетки. В случае простейших клеток используется единственная биомембрана, которая ограничивает клетку и, следовательно, клетка состоит из двух существенно различных частей – внутриклеточный водный раствор, и клеточная мембрана со встроенными мембранными белками. У эукариотических организмов из поколения в поколение должна передаваться ещё и сложная иерархическая структура клеточных органелл. Пока что, например, нет экспериментальных свидетельств того, что клетки человеческого организма способны "собрать" митохондрию из молекул, растворённых в цитозоле клетки. Следовательно, "проектная документация клетки" должна включать в себя и генетическую информацию о структуре макромолекул, и информацию о пространственной структуре клетки. Эволюция определила принципы устройства современных клеток. Жизнь на Земле использует для создания самореплицирующихся особей единый подход, включающий в себя:

  • информационно-управляемое ассемблирование;
  • системы синтеза элементарных строительных "блоков";
  • инфраструктуру, образующую барьер, отделяющий особь от внешней среды.

Такое устройство самореплицирующихся систем определено тем эволюционным процессом, в ходе которого формировались современные организмы. Сегодня человек использует именно этот вариант решения задачи формирования самореплицирующегося организма, используя или модифицируя уже существующие природные системы для своих нужд. Но в будущем, возможно, будут использованы и другие подходы. В частности, именно необходимость проводить эволюционный отбор потребовала, помещать организм внутрь определённого компартмента, отделяя его тем самым от окружения. Необходимо было помещать генетическую информацию внутрь клетки, тогда такие клетки могли конкурировать друг с другом. Например, если более совершенные, эффективные, ассемблеры будут находиться в одном объёме с несовершенными, то эти совершенные ассемблеры будут равновероятно воспроизводить и себя, и менее удачные ассемблеры. А для задач эволюционного отбора необходимо, чтобы самые лучшие ассемблеры синтезировали только свои копии.

© 2015-2019 vseobiology.ru | При использовании материалов сайта - прямая ссылка на vseobiology.ru обязательна.

Электронный адрес для связи artemchichkov@gmail.com

^ Наверх