Сьюзан Хокфилд
Время живых машин. Биологическая революция в технологиях
“КНИГИ ПОЛИТЕХА” — партнерский проект ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО МУЗЕЯ, издательств CORPUS, “АЛЬПИНА НОН-ФИКШН” и “БОМБОРА”.
В серии выходят лучшие современные и классические книги о науке и технологиях — все они отобраны и проверены учеными и отраслевыми специалистами.
Серия “Книги Политеха” — это пять коллекций, связанных с темами постоянной экспозиции Политехнического музея:
“Человек и жизнь” — мир живого, от устройства мозга до биотехнологий.
“Цифры и алгоритмы” — математика, искусственный интеллект и цифровые технологии.
“Земля и Вселенная” — происхождение мира, небесные тела, освоение космоса, науки о Земле.
“Материя и материалы” — устройство мира с точки зрения физики и химии.
“Идеи и технологии” — наука и технологии, их прошлое и будущее.
Политехнический музей представляет новый взгляд на экспозицию, посвященную науке и технологиям. Спустя столетие для музея вновь становятся важными мысль и идея, а не предмет, ими созданный.
Научная часть постоянной экспозиции впервые визуализирует устройство мира с точки зрения современной науки — от орбиталей электрона до черной дыры, от структуры ДНК до нейронных сетей.
Историческая часть постоянной экспозиции рассказывает о достижениях российских инженеров и изобретателей как части мировой технологической культуры — от самоходного судна Ивана Кулибина до экспериментов по термоядерному синтезу и компьютера на основе троичной логики.
Политех делает все, чтобы встреча человека и науки состоялась. Чтобы наука осталась в жизни человека навсегда. Чтобы просвещение стало нашим общим будущим.
Подробнее о Политехе и его проектах — на polytech.one
Посвящается Тому и Элизабет за их постоянное терпение, мудрость и любовь
Пролог
Последние несколько десятилетий, пребывая в должности декана и проректора Йельского университета, а затем президента и теперь уже президента-эмеритус [Обозначение для преподавателей, которые в связи с преклонным возрастом освобождены от исполнения своих ежедневных обязанностей. — Прим. пер.] Массачусетского технологического института (МТИ), я имела редкую возможность заглянуть за горизонт науки. От того, что я там видела, захватывает дух. Нам выпало стать свидетелями появления гениальных и чрезвычайно мощных биологических инструментов: вирусов, которые могут самостоятельно формировать элементы питания; белков, способных очищать воду; наночастиц, умеющих находить и уничтожать раковые клетки; протезов, которые могут читать мысли; компьютерных систем, повышающих урожайность культур.
Новые технологии словно сошли со страниц фантастических романов, но они реальны. Разработка многих из них продвинулась уже очень далеко, и каждая ведет свое начало из одного и того же революционного источника — соединения [P. Sharp, T. Jacks, and S. Hockfield, “Capitalizing on Convergence for Health Care,” Science 352, no. 6293 (2016): 1522–1523, http://doi.org/10.1126/science.aag2350; Phillip Sharp and Susan Hockfield, “Convergence: The Future of Health,” Science 355, no. 6325 (2017): 589, http://doi.org/10.1126/science.aam8563.] биологии и инженерного дела. Эта книга рассказывает о том, как происходит этот синтез, — о значительных научных открытиях, соединивших две такие разные области знаний вместе, и об исследователях-новаторах, использующих это слияние, чтобы изобретать инструменты и технологии, которые изменят нашу жизнь в наступившем столетии.
Нам нужны новые инструменты и технологии. Сегодня население земного шара составляет примерно 7,6 млрд человек [Департамент по экономическим и социальным вопросам ООН, демографический отдел “Перспективы мировой урбанизации, редакция 2018 г.”, 2018, http://population.un.org/wup/DataQuery.], и ожидается, что к 2050 г. оно превысит 9,5 млрд. Вырабатывая энергию, которая служит топливом, согревает и охлаждает сегодняшнее население, мы уже выбрасываем в атмосферу такое количество оксида углерода, какого хватит, чтобы изменить климат планеты на многие века, и сейчас мы сталкиваемся с последствиями этого [Chunwu Zhu et al.,“Carbon Dioxide (CO2) Levels This Century Will Alter the Protein, Micronutrients, and Vitamin Content of Rice Grains with Potential Health Consequences for the Poorest Rice-Dependent Countries,” Science Advances 4, no. 5 (2018): 1–8, http://doi.org/10.1126/sciadv.aaq1012. // https://www.google.com/search?q=Beardy,+First+Nations+painter&safe=active&tbm=isch&tbo=u&source=univ&sa=X&ved=0ahUKEwiTyYKW_tDbAhWP7Z8KHfIKDjEQsAQIWA&biw=1002&bih=693. ]. Температура и уровень океана растут [John A. Church and Neil J. White, “A 20th Century Acceleration in Global Sea-Level Rise,” Geophysical Research Letters 33, no. 1 (2006): 94–97, http://doi.org/10.1029/2005GL024826; Benjamin D. Santer et al., “Tropospheric Warming over the Past Two Decades,” Scientific Reports 7, no. 1 (2017): 3–8, http://doi.org/10.1038/s41598-017-02520-7.], большие участки земного шара поражены засухой, голодом и устойчивыми к лекарствам болезнями. Если просто распространять инструменты и технологии, имеющиеся сейчас в нашем распоряжении, это не решит ужасающие проблемы, с которыми мы сталкиваемся в мировом масштабе. Как мы можем получать доступную, но не загрязняющую природу энергию, производить достаточно чистую воду, разрабатывать более эффективные лекарства по низким ценам, предоставлять равные возможности для инвалидов и обеспечивать больше продуктов питания, не нарушив мировой экологический баланс? Нам нужны новые решения для этих проблем. Без новых технологий мы обречены на трудные времена.
Нам уже приходилось сталкиваться с прогнозами, предсказывающими всевозможные несчастья. В 1798 г. преподобный Томас Роберт Мальтус [Мальтус Т. Р. Опыт о законе народонаселения. — Петрозаводск: Петроком, 1993.], английский священник, демограф и экономист, установил, что повышение уровня населения неизбежно превысит рост производства продуктов. Результаты его анализа предупреждали о единственно возможном исходе — массовые вспышки голода, войн и болезней. Как заявлял Мальтус, эти вспышки смогут регулировать численность населения, но только ценой смерти множества людей. “Непреодолимое увеличение народонаселения, — писал Мальтус, — не может сдерживаться без нищеты и бедствий”.
Но Мальтус был не прав. Уже в его дни фермеры начинали применять новые методы обработки земли, в том числе четырехпольный севооборот и внесение удобрений для повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Эти методы полностью изменили уравнение. Они сделали землю более плодородной и наполнили рынок бóльшим количеством продуктов. При наличии доступной пищи население Англии выросло даже быстрее [Комплексный проект учета численности народонаселения Великобритании. Последнее изменение — май 29, 2015, http://www.freecen.org.uk.], чем предсказывал Мальтус, что помогло удовлетворить требования к рабочей силе в период индустриальной революции. Технологически обусловленная сельскохозяйственная революция [Mark Overton, Agricultural Revolution in England: The Transformation of the Agrarian Economy (Cambridge: Cambridge University Press, 1996); Robert C. Allen, “Tracking the Agricultural Revolution in England,” Economic History Review 52, no. 2 (1999): 209–35, http://doi.org/10.1111/1468-0289.00123.] XIX в. внесла свой вклад в начало новой эпохи инноваций и экономического роста.
Сейчас мы подошли к подобному моменту. Предвещающие несчастья проблемы грозят нам последствиями, которые могут стать катастрофическими. Если их ничем не сдерживать, то они приведут к бедствиям и катастрофам на большей части земного шара. У нас нет средств, чтобы справиться с ними, — пока что нет. Но, когда мне удалось заглянуть за научные горизонты, я увидела удивительно яркое будущее. Биология и инженерное дело соединяются такими способами, которые ранее и представить себе никто не мог [Susan Hockfield, “The Next Innovation Revolution,” Science 323, no. 5918 (2009): 1147, http://doi.org/10.1126/science.1170834; Susan Hockfield, “A New Century’s New Technologies,” Project Syndicate (2015), http://www.project-syndicate.org/commentary/engineering-biotech-innovations-by-susan-hockfield-2015–01.], и этот синтез вскоре сможет предложить нам решение некоторых самых значительных и кажущихся непреодолимыми проблем. Мы вот-вот вступим в эпоху невиданных ранее новшеств и процветания, и возможность наступления лучшего будущего будоражит как никогда.
Глава
1
Где начинается будущее
Ранним утром 26 августа 2004 г. на собрании акционеров Массачусетского технологического института [Marcella Bombardieri and Jenna Russell, “Female Leadership Signals Shift at MIT,” Boston Globe, August 27, 2004; Arthur Jones, “Susan Hockfield Elected MIT’s 16th President,” TechTalk 49, no. 1 (2004); Katie Zezima, “M.I.T. Makes Yale Provost First Woman to Be Its Chief,” New York Times, August 27, 2004, http://doi.org/10.13140/2.1.3945.0402.] меня избрали 16-м президентом МТИ. Выбор моей кандидатуры удивил большинство наблюдателей. Многие указывали на тот факт, что я была первой женщиной, занявшей эту должность, — существенная перемена, если учесть, что все 15 моих предшественников были мужчинами. Но некоторые подметили и кое-что более удивительное: я биолог. Моя дипломная работа и вся научная карьера были посвящены изучению физического, химического и структурного развития мозга, а это не та область, благодаря которой МТИ особенно известен.
Когда я заняла должность президента, институт славился вполне заслуженной репутацией одного из лучших в мире инженерных вузов и был родным домом для всемирно известных отделений физики, химии, математики и информационных технологий. Институт имеет давнюю историю сотрудничества с промышленностью, чтобы, руководствуясь основополагающей миссией “от идеи к действию” [Девизом МТИ является латинское выражение “Головой и руками” (лат. Mens et Manus). — Прим. пер.], превращать сделанные в кампусе открытия в полезные и ценные на рынке технологии. Преподаватели и выпускники МТИ основали ряд компаний, в том числе такие, как Intel, Analog Devices, Hewlett-Packard, Qualcomm, TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, тайваньская компания по производству и изучению полупроводников) и Bose Corporation. Когда люди думают о МТИ, в голову им приходят революционные достижения в области инженерных разработок и физики, которые помогли Соединенным Штатам стать лидером в период стремительного развития электроники и цифровых технологий в ХХ в.
Именно поэтому мое назначение воспринималось как неожиданность. Более предсказуемым выбором была бы кандидатура инженера или специалиста в области теории вычислительных систем, физика или математика. Но в действительности с конца Второй мировой войны МТИ начал заниматься новой, зарождающейся областью науки — молекулярной биологией. К тому времени, когда я начала работать в институте, программа его отделения биологии вошла в число лучших в мире. Преподаватели получали Нобелевские премии за свои открытия, участвовали в основании ведущих мировых биотехнологических компаний.
Благодаря возникновению в институте двух сильных сторон — инженерного дела и биологии — стали появляться новые формы сотрудничества. Вскоре после того, как я приехала в Массачусетс, декан Инженерной школы сообщил мне [Томас Магнатти в разговоре с автором осенью 2004 г.], что треть из 400 преподавателей-инженеров МТИ используют в работе биологический инструментарий. Администрация института понимала, что в XXI в. это взаимопроникновение дисциплин может создать потрясающие способы превращения идей в технологии. В таком свете мое назначение имело смысл: мы могли воспользоваться возможностью и содействовать слиянию биологии и инженерного дела в МТИ, а также в международных научных и промышленных сообществах.
