Виртуальный ты. Как создание цифровых близнецов изменит будущее человечества

Данные действительно полезны, когда основаны на научном методе – самом мощном способе обеспечить рациональное понимание того, как работает организм. Он опирается на теорию; в противном случае наука была бы не более чем каталогизацией воспроизводимых наблюдений. Как мы упоминали во введении, уравнения типичной теории представляют работу природы более экономично, чем огромные хранилища необработанных данных. Теория помогает нам раскрыть принципы и законы, которые объясняют, как и почему тело работает именно так. Нам еще предстоит сказать об этом в следующей главе, где мы обсудим второй шаг к виртуальному человеку. Однако прежде всего необходимо найти способы сбора данных из тела.

<p>Краткая история анатомии</p>

«Так многое в прогрессе зависит от взаимодействия методов, открытий и новых идей, вероятно, именно в таком нисходящем порядке». Когда лауреат Нобелевской премии Сидней Бреннер сделал это замечание в марте 1980 г. на симпозиуме, организованном Институтом Фридриха Мишера в Базеле, Швейцария, он с нетерпением ждал следующего десятилетия в биологии[42]

. Как предсказывал Бреннер, развитие виртуального человека было обусловлено новыми технологиями и продолжает зависеть от большего количества новых данных. Когда дело доходит до структур тела, целый ряд методов раскрывает беспрецедентные детали.

Рисунок 4. Портрет Везалия из его книги De Humani Corporis Fabrica (1543) (автор Ян ван Калькар)

Перечислять их можно бесконечно, за века появилось множество замечательных способов рассмотрения тела. Одним из примеров является публикация в 1543 г. De Humani Corporis Fabrica («О строении человеческого тела») Андреаса Везалия – выдающегося 700-страничного труда (1514–1564), в котором представлено более 200 гравюр на дереве, основанных на вскрытиях человеческого тела.

Чтобы расширить знания о диссекции и традиционной анатомии, был разработан широкий спектр методов. «Микрография», первая важная работа по микроскопии, была опубликована в 1665 г. В этом новаторском научном бестселлере Роберт Гук (1635–1703) раскрыл микроскопическую структуру пробки. Он показал стенки, окружающие пустые пространства, и назвал эти структуры клетками. Сегодня с помощью технологий микроскопии можно рассмотреть детали клеток вплоть до атомного масштаба[43].

Нам больше не нужно изучать тело только с помощью видимого света. В 1895 г. немецкий физик Вильгельм Рентген (1845–1923) открыл невидимый вид лучей, названный рентгеновским излучением или рентгеновскими лучами. В то Рождество он написал 10-страничную статью, в которой описал, как рентгеновские лучи могут сделать кости видимыми. Эти раскрывающие лучи также позволят изучить молекулярный механизм клеток с помощью метода, называемого дифракцией рентгеновских лучей. Сегодня существует множество других методов, позволяющих заглянуть внутрь живого тела: от терагерцового излучения до ультразвука. Мы даже можем использовать антивещество в виде позитронов (антиэлектронов) для изучения метаболизма.

В организме есть электрическая система, и о ней тоже нам нужны данные. В то время как по проводам электричество движется со скоростью около 1 мм/с (хотя связанная с ним электромагнитная волна распространяется примерно со скоростью света, 300 000 км/с), сигналы в нашем теле движутся со скоростью 0,08 км/с, или около 290 км/ч. Внутри нас электричество переносится более крупными и сложными ионами, а не проворными электронами (заряженными субатомными частицами), которые питают наши дома.

Исследования того, как импульсы распространяются по нервам, восходят к разработке метода «зажима напряжения» в 1930-х и 1940-х гг. биофизиком Кеннетом Коулом (1900–1984) из США вместе с Аланом Ходжкином (1914–1998) и Эндрю Хаксли (1917–2012) из Великобритании, которые нашли способ проводить измерения, продевая электроды в гигантский аксон – нервную клетку – кальмара.

Рисунок 5. Клеточная структура пробки, представленная Робертом Гуком, «Микрография» (1665)

Еще лучшее понимание «проводки» тела стало возможным благодаря технике, которая позволяет регистрировать мизерные электрические токи силой около пикоампера (миллионная миллионной доли ампера), которые проходят через одиночный ионный канал, одну молекулу или комплекс молекул, позволяющий ионам проникать через мембрану клетки. В 1976 г. немецкие клеточные физиологи Эрвин Неер и Берт Закман сообщили, как это сделать с помощью крошечного, но простого устройства, называемого локально-изолирующим электродом.

Они использовали кончик чрезвычайно тонкой стеклянной пипетки, чтобы прикоснуться к крошечному участку внешней мембраны клетки, который, по счастливой случайности, содержал единственный ионный канал. Небольшое всасывание обеспечивало герметичное уплотнение, так что ионы могли течь только из канала в пипетку. Используя чувствительный электрод, они смогли зафиксировать крошечные изменения тока, когда ионы проходили через зажатый канал. За это замечательное открытие в 1991 г. Неер и Закман получили Нобелевскую премию.