Машины создания

Клетки воспроизводятся. Их машины копируют свои ДНК, которые направляют их рибосомные механизмы на строительство других машин из более простых молекул. Эти машины и молекулы содержатся в заполненном жидкостью мешке. Мембрана впускает молекулы, снабжающие клетку энергией и части для дальнейшего производства наномашин, ДНК, мембран и т.д.; она выпускает отработанные молекулы, несущие энергию и остатки компонентов. Клетка воспроизводится путём копирования частей внутри своего мембранного мешка, сортируя их на две группы, и расщепляя мешок на два. Искусственные репликаторы могли бы строиться так, чтобы работать аналогичным образом, но используя ассемблеры вместо рибосом. Таким образом мы могли бы строить клетко-подобные репликаторы, которые не ограничиваются молекулярными машинами, сделанными из мягких влажных складок молекул белка.

Но инженеры более вероятно, что разработают другие подходы к воспроизводству. У эволюции не было никакого простого способа изменить фундаментальный принцип действия клетки, а этот принцип действия имеет недостатки. В синапсах, например, клетки мозгового передают сигналы своим соседям, высвобождая пузырьки химических молекул. Эти молекулы толкутся вокруг, пока не свяжутся с молекулами-датчиками соседней клетки, иногда вызывая нейронный импульс. Химические синапсы – медленные переключатели, а нейронные импульсы двигаются медленнее, чем звук. С ассемблерами молекулярные инженеры будут строить целые компьютеры меньшего размера чем синапсы и в миллионы раз быстрее.

Мутация и отбор могла переделать синапсы в механический нанокомпьютер не более чем селекционер мог бы переделать лошадь в автомобиль. Тем не менее инженеры построили автомобили, и также будут учиться строить компьютеры быстрее чем мозг человека и репликаторы, обладающие большими возможностями, чем существующие клетки.

Некоторые из этих репликаторов вообще не будут похожи на клетки, но зато будут похожи на фабрики, уменьшенные до размера клетки. Они будут содержать наномашины, установленный на молекулярном каркасе и конвейерные ремни, чтобы перемещать части от машины к машине. Снаружи у них будет набор сборочных манипуляторов для постройки своих копий по атому или секции за раз.

Как быстро эти репликаторы смогут размножаться, будет зависеть от скорости их сборки и их размера. Представьте себе достаточно сложный ассемблер, содержащий миллион атомов: он вполне может иметь десять тысяч перемещающихся частей, каждая содержащая в среднем сотню атомов – т.е. достаточно деталей, чтобы сделать довольно сложную машину. В действительности сам ассемблер выглядит как коробка, служащая основой для манипуляторов, каждый длинной по сотне атомов. Коробка и манипулятор содержит устройства, которые перемещают руку из одного положения в другое, чтобы поместить, и другие, которые заменяют молекулярные инструменты на его конце.

Позади коробки находится устройство, которое читает ленту и обеспечивает механические сигналы, которые переключают движения манипулятора и смену инструментов. Перед рукой находится незаконченная структура. Конвейеры подносят молекулы к ассемблерной системе. Некоторые поставляют энергию для двигателей, которые передвигают считывающее устройство для ленты и манипуляторы, другие обеспечивают группы атомов, занимающиеся сборкой. Атом за атомом (группа за группой), манипулятор передвигает части каждую на своё место, как указывается лентой; химические реакции соединяют их в связанную структуру.

Эти ассемблеры будут работать быстро. Быстрый фермент, такой как углеродная ангидраза или кетостероидная изомераза, может обрабатывать почти миллион молекул в секунду, даже без конвейеров и механизмов, приводимых в движение энергией, чтобы быстро поставить новую молекулу на место как только освобождается предыдущая. Может показаться слишком сильным ожидать от ассемблера, что он будет захватывать молекулу, перемещать её и втискивать на место лишь за миллионную секунды. Но маленькие объекты могут двигаться туда-сюда очень быстро. Человек может поднять и опустить руку несколько раз в секунду, пальцы могут постукивать по чему-нибудь быстрее, муха способна махать своими крылышками достаточно быстро, чтобы жужжать, а комар создаёт невыносимый писк. Насекомые могут махать своими крыльями примерно в тысячу раз быстрее, чем люди своими руками, потому что крылья насекомого примерно в тысячу раз короче.

Манипулятор ассемблера будет приблизительно пятьдесят миллионов раз короче, чем человеческая рука, и поэтому (как это получается) будет способен двигаться туда-сюда приблизительно в пятьдесят миллионов раз быстрее. Для манипулятора ассемблера, двигаться всего лишь миллион раз в секунду было бы подобно человеческой руке двигаться около одного раз в минуту: очень медленно. Так что это выглядит очень разумной целью.