Читать книгу "Кибержизнь. Контуры медицины будущего - Александр Шишонин"

Речь идет о звезде Табби, признаки странного поведения которой выявил космический телескоп Кеплер, постоянно наблюдавший за звездой с 2009 по 2013 год. Астрономы, гражданские ученые и компьютеры занялись поиском причины периодического уменьшения яркости излучения звезды – того признака, что вокруг нее движется экзопланета. Крупнейшие планеты могут блокировать до 1% света звезды, но звезда Табби теряет до 20% яркости. И это было бы странно уже само по себе. Но периодические затемнения не происходили с регулярными промежутками времени – они были спорадическими. Такую сигнатуру планета не объясняла. Ничего в наблюдениях не указывало на возможную причину помех. После рассмотрения различных возможных сценариев, ученые сошлись во мнении, что пыль от крупного облака комет была бы лучшим объяснением, но подобное объяснение было натянуто, поскольку сложно подобрать настолько крупные кометы, которые будут блокировать так много света звезды.

Альтернативное объяснение нашлось после заявления астронома Джейсона Райта о том, что за сигнал может быть ответственна продвинутая внеземная цивилизация, которая построила мегаструктуры вроде солнечных панелей вокруг звезды. Новые результаты также изменили требования к гипотезе с мегаструктурами инопланетян. Общее затемнение можно было бы объяснить массивной инопланетной сферой вокруг звезды. Астрономы подсчитали, что инопланетянам потребовалось бы отстроить минимум 750 миллиардов квадратных километров солнечных панелей, чтобы обеспечить 20-процентное падение яркости звезды. Это в 1500 раз больше площади Земли.

Таким образом, прообразом первой термодинамической сферы можно считать сферу Дайсона.

Итак, ПЕРВАЯ СФЕРА. Для удобства восприятия читателем представленного материала, изложенного в данной книге, нам будет необходимо ввести основные понятия – мембрана, управляющий центр и передающая среда. У меня родилась идея развернуть организм человека в виде мембран, контактирующих с внешней средой. Например, площадь слизистой оболочки кишечника или кишечной мембраны – если развернуть каждую ворсинку толщиной в одну клетку, – по данным разных авторов, составит примерно 200 квадратных метров. Если же взять мембрану лёгочной ткани, альвеолярную, то получится около 80 квадратных метров. Это и есть две основных мембраны, контактирующие с внешней средой. То есть, если человека представить в виде сферического аэростата, то мы увидим схожую картину. Огромная по площади сфера, которая воспринимает энергию, вещество и информацию от внешней среды. Эта информация поступает в управляющий центр – ствол головного мозга – и обрабатывается там, после чего запускается комплекс энергетических и биохимических процессов с целью адаптации к внешней среде, сохраняя при этом энергетический баланс внутренней среды. Почему именно сфера? Это удобно для нашего понимания. Нас еще со школы и института учат рисовать клетку в виде круга с ядром внутри. Возможно гипотетически предположить, что человек ни что иное, как большая клетка, состоящая из триллионов маленьких клеток, но чтобы не обманываться видимостью физической формы тела, мы это упрощаем в нашем понимании и превращаем в сферы. По аналогии ядро-цитоплазма. Ядро – управляющий центр. Цитоплазма – передающая среда.

В этом месте нашего повествования я хотел бы заострить внимание читателя на переходе научных взглядов с чисто медико-биологических к биофизическим. Такой переход стал возможен лишь благодаря работам А. А. Ляпунова в области математической биологии, суть которых сводится к двум проблемам: первая – это проблема устойчивости процессов управления в живых системах, а вторая – проблема осознания и описания структуры иерархически соподчиненных управляющих систем в живой природе. Именно представив организм в образе «первой сферы», мы получаем возможность четко и понятно применить математический инструментарий Ляпунова к описанию и компьютерному моделированию этого уровня организации управления в живом организме. Таким образом, четко прослеживаются этапы эволюции научного понимания: первый – медико-биологический, второй – математико-кибернетический, третий – биофизический, когда через математическое осознание функционирования живого объекта мы выходим на уровень понимания работы организма с точки зрения законов физики. И наиболее подходящей для этого областью физики, естественно, предстает нелинейная термодинамика диссипативных систем Пригожина.

Почему именно термодинамическая сфера? Потому что это очень удобно со стороны оценки работы системы. Термодинамика – это область физики, которая изучает принципы работы любых систем. Открытых и закрытых. Самостоятельных и зависимых. С дополнительной энергией и без. Живых и неживых. Разных. То есть термодинамика не изучает работу каких-либо конкретных составных частей, термодинамика изучает, как работает организм в целом. Что в целом происходит, каков глобальный ответ и какая происходит адаптация. Термодинамика есть предшественница системного анализа, общей теории управления, биологической кибернетики и многих других междисциплинарных научных ростков. Образ сферы позволяет сформировать гипотетическую модель человека как шара, имеющего определенные мембраны. Работа данной модели может быть описана формулами, используемыми в физике и математике. В дальнейшем это будет полезно при компьютерном моделировании тех или иных процессов, происходящих в живой материи. В первую очередь, это первый закон термодинамики в классическом виде, а также в синтезе с другими формулами и теоремами. Первый закон термодинамики здесь рассматривается как основополагающий описательный принцип распределения энергии. Суть его в том, что энергия делится на внутреннюю энергию и на энергию, затрачиваемую для совершения системой работы. Если же у пытливого читателя появится необходимость найти способ построения конкретно математической модели живой природы, ему будет полезно обратиться к общей теории управления Зубова и принципу «бэнг-бэнг» в теории оптимального управления Ляпунова.

Но вернёмся к предмету нашего обсуждения. Термодинамические сферы были придуманы мною для упрощения визуализации сложных процессов и для того, чтобы любознательный читатель мог легче познавать теоретическую часть термодинамической биологии, используя эту модель. Термодинамическая сфера – это хороший удобный виртуальный инструмент. Можно сказать, это адаптированная визуализация математических и физических формул. Сухие формулы, переведенные в ощущения, в образное мышление.

Далее я начал «играть со сферой», то есть проводить мысленные эксперименты для выявления причины того, как работает организм, и на примере первой сферы увидел, что есть некая проблема, связанная с несоответствием площадей развернутых мембран и тем энергетическим вкладом, которые они привносят в метаболизм. Учитывая, как тяжело переносит организм кислородное голодание, площади легочной мембраны казалось явно недостаточно относительно кишечной мембраны. Возникает вопрос: почему без воздуха, который взаимодействует с легочной мембраной, организм может продержаться намного меньше, нежели без воды и еды, которые взаимодействуют с кишечной мембраной? Почему так важна именно легочная мембрана при меньшей площади? Решение оказалось на поверхности. После некоторых раздумий я пришел к выводу, что полезное действие данных мембран необходимо оценивать не по площади, а по эффективности энергетического воздействия на метаболизм!