Стефано Манкузо - Революция растений

• Название: Революция растений
• Автор: Стефано Манкузо
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 2019
• ISBN: 978-5-04-094383-8

Новая книга Стефано Манкузо также посвящена уникальным и неожиданным возможностям растений. Жизнь в экстремальных условиях, защитная маскировка от хищников, передвижение без потребления энергии, наконец, манипуляция животными и людьми – вот лишь то немногое, о чем рассказывает талантливый ученый. Книга наполнена потрясающими цветными иллюстрациями самих героев!

---

Несомненно, речь идет об эпигенетической памяти. Но до совсем недавнего времени мы вообще ничего не знали о том, как она работает. В сентябрьском номере за 2016 год журнала Cell reports группа исследователей под руководством Кариссы Санбонматсу из Национальной лаборатории Лос-Аламоса опубликовала результаты, полученные в процессе работы с особой последовательностью РНК, называемой COOLAIR. Именно она контролирует наступление момента весеннего цветения, определяя, сколько времени прошло с того момента, когда растение подвергалось воздействию холода. Если эта последовательность в РНК дезактивирована или удалена, растения не способны цвести вовсе. Не углубляясь в детали сложного процесса функционирования последовательности COOLAIR (которую можно назвать репрессором репрессора цветения), следует отметить, что подобные механизмы распространены куда как шире, чем предполагалось ранее, и, судя по всему, служат основой для растительной памяти. У растений эпигенетические модификации, похоже, играют более важную роль, чем у животных. Вероятно, что изменения в активности генов в результате стрессового воздействия могут быть запомнены клеткой именно благодаря эпигенетическим модификациям.

Метилирование – одна из наиболее распространенных эпигенетических модификаций ДНК.

Из недавних достижений следует упомянуть работу группы ученых под руководством Сьюзен Линдквист из отдела биологии Массачусетского технологического института в Кембридже (США). Они заметно продвинулись в попытках доказать гипотезу о том, что растения, – по крайней мере в тех случаях, когда подразумевается наличие у них памяти о времени цветения, – могут использовать такие протеины, как прионы. Прионы – это белки, у которых аминокислотная цепочка скручена аномальным образом (по-английски – misfolding) и которые провоцируют «эффект домино», распространяя аномальное строение на все соседние белковые цепочки. Животным прионы не несут ничего хорошего: они вызывают у них такое страшное поражение, как болезнь Крейтцфельдта-Якоба, более известную как коровье бешенство. Однако растениям прионы позволяют иметь биохимический вариант памяти.

Можно подумать, что такого рода исследования имеют чисто научное значение для ботаники, однако это не так. Постижение того, как работает память, действующая вне мозга, разгадка тайны растений помогают нам понять и то, как действует наша собственная память, какие механизмы лежат в основе различных отклонений или патологий, как память может храниться вне нервной системы. Кроме того, открытия в области биологических законов работы памяти имеют огромное значение для будущих технологических прорывов. Другими словами, открытия в этой сфере имеют значение для всех областей науки и несут в себе возможности, которые пока даже трудно вообразить.

Библиография

A.-P. De Candolle, J.B. Lamarck, Flore française ou descriptions succinctes de toutes les plantes qui croissent naturellement en France, Parigi 18053.

S. Lindquist et al., Luminidependens (LD) is an arabidopsis protein with prion behavior, «Proceedings of the National academy of sciences of the United States of America», 113 (21), 2016, стр. 6065–6070.

S. Mancuso et al., Experience teaches plants to learn faster and forget slower in environments where it matters, «Oecologia», 175 (1), 2014, стр. 63–72.

K.Y. Sanbonmatsu et al., COOLAIR antisense RNAs from evolutionarily conserved elaborate secondary structures, «Cell reports», 16 (12), 2016, стр. 3087–3096.

II От растений к плантоидам

Загляни глубже в природу, и ты поймешь все гораздо лучше.

Альберт Эйнштейн

Корневая система может состоять из миллионов ростков. Изображение позволяет увидеть небольшой кусочек сложнейшей корневой системы кукурузы.

Являются ли технологии, вдохновленные биологией, чем-то новым?

Спустя годы после появления первых прогнозов, многочисленных исследований, поисков и корректировок долгожданная революция роботов, кажется, наконец принимает вызов, брошенный человечеством. Дешевые и надежные автоматы через несколько десятков лет смогут заменить людей во многих видах деятельности, которая раньше считалась исключительно человеческой прерогативой. Некоторые профессии уже сейчас могут выполняться роботами – они вполне способны убрать пыль в квартире, обрезать траву на газоне или собрать мусор на улице, и это не воспринимается больше как фантастика.

Несмотря на то что автоматы давно стали реальностью, и в некоторых областях без них уже нельзя обойтись, мир все еще убежден, что они по-прежнему где-то в будущем. Их выход на сцену все еще ожидается. Это во многом ошибочное мнение порождено представлениями о том, как должны работать эти новые машины.

На самом деле их распространение уже давно идет по экспоненте в таких сферах, как индустриальная автоматизация, медицина, подводные исследования и подобных – там без роботов уже не обойтись. При этом каждый день появляются новые роботы: саперы, мусорщики, подводники… Однако, если обсуждать эту тему с друзьями и знакомыми, выясняется, что никто, похоже, не отдает себе отчета в том, что, по сравнению с ситуацией 30-летней давности, мы на самом деле окружены роботами со всех сторон. Почему так? Полагаю, из-за того, что массовые представления о роботах сформированы сотнями фильмов и книг, в которых те изображены в виде андроидов, чья конструкция имитирует поведение и облик человека.

Между прочим, само слово «робот» произошло от чешского «robota», означающего тяжелый физический труд (по-польски «robotnik» тоже значит не работник, а именно «фабричный рабочий»). Это слово было придумано чешским писателем Карелом Чапеком для его пьесы, написанной в 1920 году и называвшейся «R.U.R.» – «Россумские универсальные роботы». Новое слово быстро стало популярным и способствовало распространению новых идей. По сюжету пьесы, искусственные рабочие были на самом деле органическими гуманоидами, которых собирали на фабрике из искусственно выращенных человеческих органов, чтобы облегчить жизнь настоящих людей. В значительной мере поэтому в обществе распространилось убеждение, что робот, даже механический, должен обязательно иметь человекоподобный вид и быть нашей упрощенной копией. Спустя несколько лет, в 1927 году, на экраны вышел экспрессионистский фильм Фрица Ланга «Метрополис», окончательно сформировавший в общественном сознании образ человека-машины.

Однако за пределами фантастических произведений никто никогда не утверждал, что человеческий облик является самым подходящим для робота. Конечно, наше представление о том, что эти новые машины должны быть похожими на человека, несет в себе известную долю соблазна, поскольку предполагает, что целью новых технологий является облегчение и улучшение человеческой жизни. Человек ведь всегда пытался воспроизвести самого себя – или по крайней мере основы своего животного дизайна – при создании инструментов, помогающих упростить жизнь. Возьмем, к примеру, компьютер, неотъемлемый признак современности. Может показаться, что он не имеет с нами ничего общего. Однако процессор имеет сходство с мозгом и управляет программным обеспечением, периферическими устройствами, жесткими дисками, видео- и аудиокартами, представляющими собой как бы технологические воплощения наших органов. Все, что конструирует человек, имеет в более или менее явном виде ту же архитектуру, что и наше тело: «мыслящий мозг», управляющий «исполнительными органами». Даже наше общество, как можно убедиться, имеет аналогичную структуру.

К счастью, в последние годы для создания новых материалов и механизмов начал использоваться биоинженерный подход, стремящийся подражать природе в процессе решения технических проблем. Хотя ничто не ново под луной: еще Леонардо (1452–1519) предлагал эти идеи во многих своих трудах. Например, он создал «робота-рыцаря», придуманного им около 1495 года и ставшего проектом первого в истории действующего робота-гуманоида. Согласно записям в Атлантическом кодексе и другим рукописям, рыцарь мог переступать ногами, двигать руками и головой, открывать рот и даже издавать звуки. Изобретение было придумано для одного из великолепных праздников Миланского дома Сфорца и явно вдохновлено изучением природы, поскольку Леонардо использовал данные анатомических исследований, вылившихся в Витрувианского человека – знаменитый рисунок тосканского гения пером и тушью.

Эскиз декораций к спектаклю по фантастической пьесе Карела Чапека «R.U.R.», поставленной в Праге в 1921 году.

Офис Домина, творца роботов и главного героя театральной постановки; эскиз Властислава Гофмана.

Биоинженерия принесла с собой новые веяния и в современное роботостроение. Однако человек перестал быть единственной моделью для подражания: весь животный мир стал источником идей и современных решений. Не так давно появились роботы, которых можно назвать анималоидами и инсектоидами[1], хорошие результаты были получены при создании роботов, имеющих свойства саламандры, мула, даже осьминога. Естественно, если вы хотите создать робота, который бы мог под водой брать и передвигать предметы, самое надежное – попробовать создать механизм с гибкими как у осьминога щупальцами. Если же вам необходим робот-амфибия, способный работать то в водной среде, то на воздухе – кто лучше саламандры справится с такой задачей? Но пока все-таки биоинженерия ограничивается миром животных. А как же растения? До сих пор считалось, что они не могут дать ничего значительного современным технологиям.