От природоподобных технологий к альтервитальной цивилизации. Юрий Магаршак

Сколько может продолжаться цивилизация потребления, выбрасывающая в мировой океан, воздух и в землю немеренное количество грязи, которая не утилизируется ни в биоценозе, ни в геоценозе? Двадцать лет? Сорок? Восемьдесят? В любом случае ясно, что не сто и не двести. А о тысяче лет цивилизации мусора нечего и говорить. Значит, направление цивилизации мусора (название обидное, но адекватное) необходимо менять. Ибо оно тупиковое, а в долговременной перспективе смертельное для человечества.

Проблема безотходной – или, как она была названа в 2004 году, АЛЬТЕРВИТАЛЬНОЙ ЦИВИЛИЗАЦИИ (цивилизации, подобной жизни) – была сформулирована в работе автора данной статьи и Олега Фиговского, опубликованной в Scientific Israel (SITA Journal). После этого было проведено несколько конференций, в частности, международные – в Петербурге («Углерод против кремния») о том, необходимо ли в эру нанотехнологий, когда размеры элементов памяти компьютеров и биомолекул становятся сравнимыми, перейти в электронике на углерод, являющийся основой жизни, в Москве и Дубне (под сопредседательством С.П. Капицы, академика А.Н. Сисакяна и автора этих строк). При этом ведущую роль играли ученые советских научных школ, проживающие в России, Израиле, США, Украине, Белоруссии, Германии и других странах. То есть, с самого начала проблема безотходной (альтервитальной) цивилизации рассматривалась как международный цивилизационный проект.

До промышленной революции (примерно до начала XIX века) все человеческие цивилизации были практически безотходными. То, что в раскопках находят глиняные черепки и стекло, экологии не меняет. Деревянные сооружения бесследно исчезли (как это происходит в природе с деревом, утилизируемым биоценозом). А остатки каменных сооружений – не более чем перемещение камня, а не засорение нашей планеты. Ситуация изменилась с созданием паровой машины и последовавшей за ней промышленной революцией. Количество необратимого мусора и выбросов в атмосферу в первые сто лет было сравнительно небольшим и опасений не вызывало. Однако возрастающие неутилизируемые отбросы в XX и XXI веке растут и стали глобальной проблемой[1].

Кости мамонта

     Возможно ли создание безотходной цивилизации (а точнее, ее возвращение на столбовую дорогу развития, по которой она двигалась вплоть до XIX века)? Анализ показывает, что это бесспорно так. Для начала постепенного перехода в безотходный режим, при координированных усилиях всего человечества, потребуется не более 20 лет, а возможно, и меньше.

СОЗИДАТЕЛЬНОЕ РАЗРУШЕНИЕ. Традиционно считается, что созидание в человеческой деятельности неизмеримо важнее разрушения. Более того: под разрушением, как правило, понимается нечто негативное. До определенной стадии цивилизации такой подход был оправдан. В создание телевизоров вкладываются все силы и средства, и 0,0000% инвестиций – в их утилизацию. Когда появляется компьютер или мобильный телефон нового поколения, старые не эволюционизируют, а выбрасывают. Никто – кроме злодеев, террористов и мусорщиков – не занимается разрушением созданного как таковым. То, что происходит с отслужившими срок самолетами или старыми автомобилями, почти не интересует творцов – их просто отправляют на свалку. Между тем подход, при котором предметы потребления создаются только для их функционирования, но никто не заботится о том, что происходит после завершения их потребления, равно как и то, что именно и когда подлежит разрушению, в эпоху появления быстро сменяющих друг друга поколений продуктов и технологий не только недальновиден – он смертельно опасен. Даже сто лет назад эта проблема не была существенна. Отходы цивилизаций за столетия и даже тысячелетия были столь ничтожны, что археологи с трудом находят их следы. Столь же невелико было и влияние человека на биогеоценоз. Оно ограничивалось возможным уничтожением мамонтов и саблезубых тигров – но даже это является всего лишь гипотезой. Всего один век назад человек не представлял угрозы окружающей среде.

Ситуация в корне изменилась в ХХ веке. Гомобиоценоз и гомогеоценоз стали играть в биогеоценозе огромную и непрерывно возрастающую роль, превратив «бинарное» взаимодействие живое-неживое в «треугольное». День, когда масса мусора превысит массу материи в земной коре, которая потенциально может быть превращена в продукты человеческой деятельности, стремительно приближается, и уже сегодня эти массы соизмеримы. Об ответе на вопрос: а что будет, когда в земной коре иссякнут полезные ископаемые? – надо думать до того, как точка, из которой нет возврата, цивилизацией будет пройдена. Процессу разрушения созданного необходимо уделять не меньше внимания, чем процессу его созидания. Технологии разрушения должны быть неотъемлемой частью процесса творения. Разрушение должно быть запроектировано уже при создании любого продукта. Иначе человеческой цивилизации придет конец. Когда именно? Анализ этого представляет, к несчастью, не только теоретический интерес, но даже при самых оптимистических оценках, если ситуация не изменится, год 3000-й на Земле с вероятностью, близкой к единице, некому будет встречать.

Но возможно ли это вообще? Есть ли прецедент безотходной цивилизации? Безусловно. Если, слегка расширив определение, к цивилизациям причислить и все живое, любые организмы, живущие на земле, включая Нomo sapiens – но не как созидателя или разрушителя, а как существо, тело которого является частью биосферы.

СОЗИДАНИЕ И РАЗРУШЕНИЕ IN VIVO. Мало кто задумывался о том, что, в отличие от человеческой цивилизации, живое на земле – и как отдельные виды, и как целое – является практически безотходным. Лишь изредка удается найти остатки древних животных и в исключительных случаях – кости динозавра или мамонта. Живое превращается в живое. И даже человек, столь усердный в производ­стве мусора, как биологический вид на 99,999% составлявшей его на протяжении жизни материи, «обратим»: отходами нашей биологической жизни являются всего лишь выдыхание углекислого газа и – то, что мы оставляем после себя в туалете. Кости? Тоже (к сожалению для человека, но к счастью для биогеоценоза) возвращаются в мир в виде элементов, которые, в свою очередь, могут быть превращены в живое. То есть, с точки зрения биогеоценоза человек – и все человечество – почти идеально безотходная система. Чего, к сожалению, нельзя сказать о том, что создается человеческими руками.

Царство живого является превосходным примером обратимой цивилизации. Человечеству имеет смысл пристально изучить, каким образом это достигается, чтобы попытаться повторить уникальное достижение биогеоценоза (возникшее «всего лишь» в результате эволюции и отбора). Человек просто обязан попытаться создать безотходную среду своей деятельности, подобную той, частью которой как существо из плоти, крови, ДНК, белков, липидов и прочего, является он сам.

О НЕКОТОРЫХ МЕХАНИЗМАХ РАЗРУШЕНИЯ IN VIVO. По общепринятым представлениям, главными как в живой клетке, так и в многоклеточном организме являются процессы созидания и функционирования. На первый взгляд, это действительно так. ДНК и РНК, механизмы биосинтеза, как и функционирование большинства ферментов, несомненно направлены на созидание. Регулирующие гены, как и головной мозг человека, контролируют динамику происходящего, и, в основном, вроде бы служат той же созидательной цели и только ей. Все это верно. Механизмы разрушения, вроде бы, являются второстепенными. В действительности, представление о доминировании созидания над разрушением in vivo ошибочно. Это две стороны одного процесса – жизнедеятельности клеток и организмов, подобно тому, как белки и нуклеиновые кислоты только в совокупности порождают жизнь – и никогда порознь. То, что на первый план в первые десятилетия развития молекулярной биологии вышли именно процессы синтеза макромолекул, создания клеточных структур и другие «созидательные» процессы, естественно. Однако в последние годы все яснее становится, насколько тонки, сложны, и филигранно отлажены механизмы, in vivo регулирующие разрушение созданного.

     В России планируют внедрить пллазменные технологии переработки отходов.

    – Уровень биогеоценоза. Все живое (за исключением растений) поедает живое. Причем практически без остатка. И, умирая, также в конечном итоге (почти) целиком превращается в чью-то пищу. Растения, в свою очередь, либо поедаются, либо разлагаются на составляющие, используемые для создания следующих поколений живых организмов. Каким образом природа достигла этого? Ведь у нее наверняка был выбор из множества возможностей обустройства живого, большинство которых приводило бы к необратимому накоплению отходов. Каким образом в эволюции были отобраны именно те молекулы и механизмы, которые обеспечивают обратимость жизни – в смысле утилизации другими живыми существами практически всего, что составляет живое тело? Произошло ли это, так сказать, с первой попытки? Была ли на ранних стадиях возникновения жизни борьба между обратимыми и необратимыми ее формами? Остались ли какие-либо материальные доказательства существования такой борьбы? Если бы ДНК и аминокислоты были иными, мог бы биогеоценоз быть обратимым – или выбор, сделанный природой, и с этой точки зрения уникален? Все эти вопросы представляют не только чисто теоретический интерес, так как пока что человеческая цивилизация идет по пути бесконечного накопления отходов, не превращаемых в новые продукты в результате кругооборота органики – а это направление прямо противоположно тому, которое было пройдено in vivo в процессе эволюции.

– Физиологический уровень. Ежедневно в организме животных (включая и человека) синтезируются миллионы клеток. Это происходит на уровне так называемых стволовых клеток, на уровне иммунной системы, на уровне клеток кожи и прочего. Но, поскольку вес зрелой особи, грубо говоря, остается неизменным, это означает, что приблизительно такое же количество клеток и погибает. Сам факт синтеза белков, аминокислот – и клеток – в организме при его непрекращающемся функционировании с сохранением общей массы означает, что детектирование того, какие именно структуры должны быть удалены, отлажено чрезвычайно тонко. Так, клетки многих костей заменяются новыми приблизительно за месяц. Но, несмотря на это, форма костей остается неизменной – даже при общем росте организма. Самые твердые структуры тела, имеющие к тому же самую сложную форму, оказываются одновременно одними из самых «быстроживущих» c точки зрения смерти и рождения клеток, их составляющих. Каким образом это достигается? Каким образом – несмотря на замену клеток, сохраняется форма костей и вообще тела, а также их непрерывное функционирование? Почему уничтожение клеток в костях столь велико? Что определяет, какие клетки и когда должны быть заменены новыми? Ответы на эти вопросы пока неизвестны. Но то, что процессы разрушения в организме для его нормального функционирования должны контролироваться исключительно точно, очевидно уже сейчас.

– Запрограммированная смерть клеток. Примерно двадцать лет назад было открыто явление запрограммированной смерти клеток. Само по себе оно не должно вызывать удивления, ибо уничтожение отработавших или вышедших из под контроля клеток совершенно необходимо для функционирования тканей. Но каким образом происходит этот процесс, что его контролирует? Механизмы, контролирующие жизнь и смерть клеток в тканях, интенсивно изучаются. Но то, что и рождение, и смерть клеток являются частью нормального функционирования тканей, можно считать установленным. И что запрограммированная смерть (как минимум на уровне клеток) является частью программы нормальной жизнедеятельности большинства организмов, также несомненно.

– Контроль за уничтожением белков. Несколько лет назад было обнаружено, что системы разрушения отработанных белков и их обновления в клетках исключительно сложны. Были открыты так называемые убиквитины – макромолекулы, осуществляющие контролируемое разрушение макромолекул, а также крупные белковые комплексы, протеосомы, контролирующие процесс деградации белков. С другой стороны, существуют и более «массовые» механизмы уничтожения биомолекул – не поодиночке, а партиями, что в настоящее время также является предметом всестороннего исследования.

Резюмируя этот сверхкраткий обзор, можно сделать следующие выводы:

а) в живой природе механизмы разрушения и механизмы созидания являются частью единого процесса;

б) разрушение in vivo безотходно, оно происходит до тех пор, пока разрушенное не может быть вновь использовано организмом – или в биоценозе;

в) контроль разрушения является неотъемлемой частью нормального функционирования живых клеткок и организмов.

Изучение механизмов контролируемого разрушения in vivo представляется полезным, в частности, для создания технологий, функционирующих аналогичным образом. Вопрос о том, есть ли области человеческой деятельности, в которых необратимость является неизбежной и никакое разрушение не может быть созидательным, является ключевым для будущего цивилизации.

ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПЕРЕ­ХОДА ЦИВИЛИЗАЦИИ НА ОБРАТИМЫЕ ТЕХНОЛОГИИ. Обратимся к реальности перехода на технологии, отвечающие декларированным принципам. Первым и самым простым должен быть переход к биодеградирующим материалам. Такого рода полимерные материалы созданы, но пока еще дороги. Здесь возможны различные изобретательские подходы, так, например, полимерные упаковочные материалы могут быть уже сейчас заменены на композиционные с основным слоем бумаги, но с водо- и маслостойким покрытием из биодеградирующей водно-эмульсионной полимерной композиции. А полимерная «долгоживущая» оболочка колбас или сосисек уже заменяется на «съедаемую» белковую оболочку.

За последние 100 лет человечество во многом перешло на синтетические материалы. Однако в настоящее время идет возврат к использованию возобновляемых биоресурсов в технике (спирт как горючее в Бразилии, широкое использование растительных масел для лаков и красок, биосинтез водостойких конструкционных клеев из отходов деревообработки и многое другое). Появилась даже специальная наука «Green Chemistry». Пока это все отдельные прорывы. Реальный прогресс будет достигнут только при глобальном переходе на новые технологии.

Для неорганических материалов наиболее перспективны высокотемпературные технологии: плазменные, лазерные высоких энергий, самораспространяющийся высокотемпературный непрерывный синтез. При этом следует использовать преимущественно физические и биологические методы сепарации, а не химические, как менее экологичные. Это позволит, например, утилизировать весь годовой объем автомашин, отправленных на бесчисленные свалки, с отдельной переработкой всех составляющих их материалов, с затратой энергии только одной средней мощности гидроэлектростанции.

Следует заметить, что биологические методы эффективны и для неорганических материалов. Так, например, высокие потребительские качества китайского фарфора обусловлены нано­частицами исходных глинистых минералов, которые образуются в почве за счет жизнедеятельности определенного вида червей. Еще один пример: основной конструкционный материал современного мира – железобетон – подлежит вторичному использованию полностью. После дробления и сепарации металл идет на переплавку, а силикатная составляющая используется разнообразно – например, как щебень в дорожном строительстве или даже как сырье для каменного литья.

Теперь об органике. Практически любая органика может быть бактериологически переработана в газ (биогаз) или термически (подобно крекинг-процессу) в жидкие углеводороды (типа мазута). Интересно заметить, что последними исследованиями было показано, что и в природе нефть образуется (или, по крайней мере, может образовываться) именно термальным недолгим процессом в горных породах, содержащих органику. Этим, например, обусловлено наличие следов нефти в гейзерах.

БЕЗОТХОДНАЯ ЭНЕРГЕТИКА. Если, как было показано, круговорот материалов возможен даже при существующих ныне технологиях, то остается вопрос об энергетике, необходимой как для обеспечения жизнедеятельности современного общества, так и для круговорота материалов. И в этом направлении уже сделано очень много. Производство электроэнергии в будущем будет все более базироваться на энергии ветра, воды и солнечного излучения. Даже опасная ныне атомная энергетика будет трансформирована в термоядерную, при этом будет осуществлен ступенчатый трансфер ядерных отходов и их минимизация.

Возникнет альтернатива линиям электропередач. Распределение энергии между локальными и глобальными источниками энергии является необходимым хотя бы для того, чтобы в будущем предотвращать глобальные катострофы энергосистем, подобные происшедшей на северо-востоке США. Вспомним, что в мире живого энергия накапливается и передается локально и только локально. Локальных источников энергии (солнечного света и – буквально – друг друга) оказывается достаточно для жизнедеятельности всех живущих на территории организмов. Не вызывает сомнения, что локальные источники энергии и в человеческой цивилизации будут использоваться все шире. В частности, развитие двигателей на водороде может стать прообразом таких систем следующего поколения, при которых энергия передается не с помощью высоковольтных линий, а «перевозится» в контейнерах или производится на месте – причем при потреблении энергии не возникает никаких вредных выбросов в атмосферу, подобных происходящим при сжигании топлива в двигателях внутреннего сгорания (водород при сгорании дает воду – и очень чистую!). В качестве источника энергии на средствах транспорта будет все больше использоваться электроэнергия, а также комбинированные двигатели, сочетающие аккумуляторы с иными видами топлива. В более отдаленных поколениях технологий возможен переход на системы с обратимыми молекулярными хранителями энергии без каких либо побочных, вредных для окружающей среды эффектов и с очень большой эффективностью.

АЛЬТЕРВИТАЛЬНАЯ ЦИВИЛИЗАЦИЯ – УТОПИЯ ИЛИ БУДУЩЕЕ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА? После того, как равновесие между человеком и окружающей средой будет восстановлено и гомобиогеоценоз сбалансируется, возникнут новые задачи, в которых абсолютным, само собой разумеющимся императивом будут а) безотходность, б) сведение добычи полезных ископаемых всех видов к незначительной величине и в) полная утилизация всех произведенных продуктов после окончания срока их использования. Допустим на минуту, что безотходная цивилизация стала реальностью. Что дальше? В этот момент – а, возможно, и раньше – возникнет проблема создания самоусовершенствующихся продуктов (процесса, подобного, например, изменениям в организме ребенка при его росте).

Элементы таких технологий уже существуют. Например, автоматическая загрузка (по умолчанию, на background) антивирусных программ во время нахождения в интернете. Пользователь продолжает работать с программой, даже не подозревая, что она улучшена (эволюционизировала, самоусовершенствовалась). Требование замкнутости системы при этом является абсолютно не обязательным; важно другое – чтобы функционирование не прерывалось.

Пример из другой области. В почве ряда городов (в частности Москвы) обнаружены бактерии, которые, смутировав, перерабатывают все или почти все попадающие на землю и опускающиеся в ее толщу вещества, являющиеся побочными продуктами цивилизации. Если бактерии (или синтезированые «ферменты») смогут производить те же функции быстро и избирательно, например, разлагать сплавы, бетон или компьютерные чипы на составные части (не обязательно элементы), годные к использованию в технологиях следующего поколения, они также могли бы быть прообразом одного из «органов» альтервитальных изделий. До саморазвивающихся и самоусовершенствующихся продуктов (телевизоров, компьютеров, автомобилей), которые будут изменяться наподобие растущего организма, пока далеко – однако это не означает, что их создание невозможно в принципе. Поставив перед собой такие задачи, цивилизация столкнется с проблемой разрушительного созидания (решенной in vivо).

Как добиться того, чтобы созданные альтервитальные «бактерия» или «фермент», способные по команде «пожрать» компьютер или его части, вырвавшись из под контроля, не уничтожили заодно и его пользователя? Или наоборот, существующие бактерии и вирусы, смутировав, не начали пожирать или выводить из строя все подряд: от стоящих на улицах автомобилей до многоквартирных домов? Если альтервитальная цивилизация будет создана, ее продукты не должны на молекулярном уровне взаимодействовать с миром in vivo, чтобы альтервитальные «бактерии», «вирусы» и «ферменты» не могли разрушить живое ни при каких условиях – и наоборот. Как решить эту проблему? Одна из возможностей: альтервитальный синтез должен происходить при таких и только таких условиях, которые никогда не достигаются в окружающей среде (например, при температуре 900°C и выше). Другая – альтервитальные продукты должны быть построены из молекул, которые в живой природе не используются. Вопрос: возможно ли вообще создание альтервитального мира, построенного на иных молекулах, чем органические, но работающего – в самом широком смысле – на тех же принципах, что и жизнь, является правомерным. Заметим лишь, что одновременное выполнение in vivo двух совершенно различных требований – функциональности и обратимости жизни – было бы крайне маловероятным, если бы жизнь, какова она есть, была одной-единственной возможностью удовлетворить только одно из них.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. При условии целенаправленных согласованных усилий всех экономически развитых стран, переход цивилизации уже в ближайшие десятилетия в новое состояние возможен. Создание обратимых технологий и только их должно постепенно стать новым стандартом, подобным тем, которые сегодня государственно регулируют, например, выхлоп автомобиля. Такая стратегическая программа человечества являлась бы не только колоссальным стимулом для создания новых технологий во всех областях, но и стволовым, магистральным направлением развития, отличным от пути, по которым шли до сих пор все технологические революции. Она совершенно преобразит жизнь людей.

Обратимая цивилизация возможна. Более того – абсолютно необходима, ибо альтернативы ей нет. И приступить к комплексной реализации ее необходимо as soon as possible, пока окружающая человека среда не перешла за точку, хорошо известную из теории нелинейных систем – то есть такую, из которой не будет возврата.

«Предлагаем создать под эгидой ООН специальный форум, на котором комплекс­но посмотреть на проблемы, связанные с исчерпанием природных ресурсов, разрушением среды обитания, изменением климата. Россия готова выступить одним из организаторов такого форума», – заявил Президент России с высокой трибуны Генеральной Ассамблеи ООН. Однако форум – лишь первая стадия, говоря образно, увертюра перехода к безотходной цивилизации. Необходимо создание международных проектов, сравнимых с проектом ГЕНОМ ЧЕЛОВЕКА. Однако в том, что касается перехода к безотходной (альтервитальной, природоподобной) цивилизации, проект, будучи международным, обречен как минимум, на частичный успех. Потому что переходу человечества в безотходный режим и возвращению после двухсотлетнего перерыва в природоподобную цивилизацию нет никакой разумной альтернативы.

Читайте отклик доктора философских наук Крушанова Александра Андреевича на статью и последующую переписку:  http://www.znanie-sila.su/?issue=zsrf/issue_197.html&r=1

 

     [1] Подробно эта проблема описывается в «Заметках обозревателя» (Плейстоцен, голоцен… антропоцен?  Автор Александр Волков.) в начале номера.

ЗС 02/2016

 

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *