Человеческое тело включает приблизительно 10 22

белковых частей, и ни одна машина такой сложности не заслуживает ярлыка «просто». "Любое краткое описание такой сложной система не может не быть весьма неполным, однако на клеточном уровне описание в терминах машин смысл имеет. Молекулы имеют простые движущиеся части, многие из которых действуют подобно знакомому роду машин. Клетки, рассматриваемые как целое, могут казаться менее механическими, однако биологи находят полезным описать их в терминах молекулярных машин.

Биохимики раскрыли то, что когда-то было главными тайнами жизни, и начали заполнять детали. Они проследили, как молекулярные машины расщепляют молекулы пищи на их составные части и затем повторно собирают эти части, чтобы строить и обновлять ткани. Многие детали структуры человеческих клеток остаются неизвестными (отдельные клетки содержат миллиарды больших молекул тысяч различных видов), но биохимики нанесли на карту каждую часть некоторых вирусов. Биохимические лаборатории часто вешают на стену огромную диаграмму, показывающую, как основные молекулярные строительные блоки плавают внутри бактерии. Биохимики понимают в деталях многое из жизненных процессов, а то, что они не понимают по-видимому действует по тем же самым принципам. Тайна наследственности превратилась в индустрию генной инженерии. Даже эмбриональное развитие и память сейчас объясняются в терминах изменения в биохимии и клеточной структуре.

В последние десятилетия само качество нашего остающегося незнания изменилось. Когда-то, биологи смотрели на жизненный процесс и спрашивали: "Как это может быть?" "Но сегодня они понимают общие принципы жизни, и когда они изучают специфический жизненный процесс, они обычно спрашивают: "Из многих способов, как это может быть, какой выбрала природа?" Во многих случаях их исследования сузили конкурирующие объяснения в какой-либо области до одного. Определённые биологические процессы – координация клеток для образования растущего эмбриона, обучающегося мозга и реагирующей иммунной системы – всё ещё представляют серьёзную задачу для воображения. Однако это не потому, что есть какая-то глубокая тайна в том, как работают их части, но из-за громадной сложности того, как их многие части взаимодействуют друг с другом, чтобы образовывать целое.

Клетки подчиняются тем же самым естественным законам, которые описывают и остальную часть мира. Белковые машины в правильном молекулярном окружении будут работать, остаются ли они в функционирующей клетке или эта клетка была ли размолота и размыта многие дни назад. Молекулярные машины ничего не знают о «жизни» и "смерти".

Биологи, когда им нужно, иногда определяют жизнь как способность расти, воспроизводиться и реагировать на раздражители. Но по этому стандарту, глупая система самовоспроизводящихся фабрик могла бы квалифицироваться как жизнь, в то время как сознательный искусственный интеллект, смоделированный на человеческом мозге мог бы так не квалифицироваться. Являются ли вирусы живыми или они «просто» очень совершенные молекулярные машины? Никакой эксперимент не может об этом сказать, потому что природа не проводит никакой линии между живым и неживым. Биологи, которые работают с вирусами, вместо этого задают вопрос о жизнеспособности: "Будет ли этот вирус функционировать, если ему дать возможность?" Ярлыки «жизнь» и «смерть» в медицине зависят от медицинских возможностей: врачи спрашивают: "Будет ли пациент функционировать, если мы приложим все усилия?" Когда-то врачи объявляли пациентов мёртвыми как только останавливалось сердце; теперь они объявляют пациентов мёртвыми, когда они теряют надежду на восстановление мозговой деятельности. Успехи в кардиологии когда-то изменили определение; успехи в медицине мозга изменят его ещё раз.

Также некоторые люди чувствуют себя некомфортно с идеей, что машины лежат в основе нашего мышления. Слово «машина» снова, кажется, вызывает неправильный образ – картину чего-то большого, гремящего металлом, а не мерцание сигналов вдоль бегущей волны или нейронным волокнам, по живой ткани, более сложной чем способен полностью понять разум, который она воплощает. Действительно подобные машинам машины мозга имеют размер молекул – меньше, чем самые тонкие волокна.

Целое не обязательно должно походить на свои части. Твёрдый кусок чего-нибудь едва ли походит на танцующий фонтан, однако совокупность твердых, бугристых молекул образует текучую воду. Подобным образом миллиарды молекулярных машин образуют нейронные волокна и синапсы, тысячи волокон и синапсов образуют нервную клетку, миллиарды нервных клеток образуют мозг, а сам мозг воплощает текучесть мысли.

Сказать, что разум – это "всего лишь "молекулярные машины" " – подобно высказыванию, что Мона Лиза является "только мазками краски. "Такие утверждения путают части с целым, и путают материю со структурой, которую материя воплощает. Мы нисколько не менее человечны из-за того, что сделаны из молекул.

Будучи сделанными из молекул, и имея человеческое беспокойство о нашем здоровье, мы применим молекулярные машины к биомедицинской технологии. Биологи уже используют антитела, чтобы помечать белки, ферменты – чтобы разрезать и соединять ДНК, а шприцы вирусов (такие как у вируса-фага T4) – чтобы впрыскивать отредактированную ДНК в бактерию. В будущем они будут использовать построенные ассемблерами наномашины, чтобы исследовать и модифицировать клетки.

С инструментами, подобными дизассемблерам, биологи будут способны изучить структуры клетки до конца, до молекулярных деталей. Далее они занесут в каталог сотни тысяч видов молекул тела и построят карту структуры сотен видов клеток. Во многом также как инженеры могли составлять перечень частей и создавать инженерные чертежи автомобиля, также биологи опишут части и структуры здоровой ткани. К тому времени им будут помогать сложные системы технического ИИ.

Врачи стремятся сделать ткани здоровыми, но с помощью лекарств и хирургии, они могут только стимулировать ткани себя восстанавливать. Молекулярные машины дадут возможность более непосредственного ремонта, начиная новую эру в медицине.

Чтобы починить автомобиль, механик сначала добирается до дефектного узла, затем опознает и удаляет плохие части, и наконец их восстанавливает или заменяет. Ремонт клетки будет включать те же самые основные задачи – задачи, которые живые системы уже доказали, что они возможны.

Доступ. Белые клетки крови покидают кровяное русло и движутся через ткань, а вирусы входят в клетки. Биологи даже втыкают в клетки иглы, и это их не убивает. Эти примеры показывают, что молекулярные машины могут добираться и входить в клетки.

Распознавание. Антитела и волокна хвоста фага T4, а на самом деле все специфические биохимические взаимодействия, показывают, что молекулярные системы, входя в контакт с другими молекулами, могут их распознавать.

Разборка. Пищеварительные ферменты (и другие, более жестокие химические вещества) показывают, что молекулярные системы могут разбирать поврежденные молекулы.

Восстановление. Воспроизводящиеся клетки показывают, что молекулярные системы могут строить или восстанавливать любую молекулу, обнаруживаемую в клетке.

Повторная сборка. Природа также показывает, что отделенные молекулы могут быть собраны вместе снова. Например, механизмы фага T4 собирают сами себя из раствора, чему, очевидно, помогает единственный фермент. Воспроизводящиеся клетки показывают, что молекулярные системы могут собирать любую из систем, обнаруживаемых в клетке.

Таким образом, природа демонстрирует все основные операции, необходимые, чтобы выполнять ремонт клеток на молекулярном уровне. Что более важно, как я описал в главе 1, системы, основанные на наномашинах, будут большей частью более компактны и обладать большими возможностями, чем обнаруживаемые в природе. Естественные системы показывают только нижние границы возможного в ремонте клеток, также как и во всём остальном.