Текст книги "Изобретения Дедала"

Автор книги: Дэвид Джоунс

сообщить о нарушении

Текущая страница: 19 (всего у книги 22 страниц)

Двоичные биоритмы

Внутри каждого из нас «тикают» биологические часы, управляющие цикличностью нашего сна и бодрствования (см. [11], [12]). Этот суточный ритм обычно синхронизирован со сменой дня и ночи, но не абсолютно постоянен. Он может нарушаться, например, при перелете из одного часового пояса в другой. Во время полярной ночи или полярного дня продолжительность «суточного цикла» также может изменяться. У Дедала возникла мысль, что продолжительность биологических циклов определяется частотой пульса, как ход часов определяется частотой колебаний маятника, и теперь он пытается проверить свою идею. Самый простой способ деления – это деление на 2; 17 последовательных делений числа сердечных сокращений на 2 дают частоту, очень хорошо соответствующую суточному ритму. Дедал утверждает, что развитие и старение организма – естественные биологические периоды человеческой жизни – определяются через суточный ритм по точно такому же принципу. Так, 12 последовательных делений суточного ритма на 2 начиная от момента рождения, определяют наступление зрелости; разделив на 2 еще раз, мы получим срок наступления менопаузы у женщин, еще одно деление на 2 обычно оказывается роковым. Самое интересное заключается в том, что большинство делителей частоты может быть привязано не к основной частоте задающего генератора, а к ее первой гармонике – тогда выходная частота увеличивается вдвое. Наоборот, если привязать их к половинной частоте задающего генератора, то выходная частота уменьшится вдвое. Таким образом, хотя суточный биоритм решительно сопротивляется попыткам несколько ускорить или замедлить его, увеличить или уменьшить его вдвое будет совсем нетрудно[43]43
  На крупных птицефермах нередко используют искусственные 12-часовые сутки: «день» и «иочь» длятся по шесть часов. При таком режиме куры несутся в два раза чаще. – Прим. ред.


[Закрыть].

В соответствии с этими выводами Дедал планирует произвести революцию в деле воспитания и обучения, используя возможность управления биологическим суточным циклом. Он проектирует школы и жилые дома, в которых с помощью искусственного освещения продолжительность дня и ночи можно либо вдвое сократить, либо вдвое увеличить. Биоритмы детей легко синхронизируются с продолжительностью таких искусственных суток. Растянутый ритм будет идеален для этапа овладения языком в возрасте трех – пяти лет, а также для «интеллектуального всплеска» в четырнадцать – пятнадцать лет, т. е. в те периоды, когда можно было бы достичь гораздо больших успехов, будь на то больше времени. Наоборот, ускоренный ритм позволит быстрее пережить «трудный возраст» и период капризов полуторагодовалых младенцев.

Полезным окажется применение этого принципа и в другие периоды жизни: таким образом можно сократить продолжительность «кризиса середины жизни» или продлить поздний подъем творческих способностей у людей пожилого возраста. Дедал, однако, подозревает, что прожить всю жизнь на половинной скорости и благодаря этому дожить до 140 лет или, запустив биологические часы вспять, вернуться в детство все-таки не удастся.

New Scientist, August 14, 1974.

Из записной книжки Дедала

Действие большинства цифровых часов основано на двоичном делении частоты задающего генератора с помощью цепочки триггеров. Из нервных клеток нетрудно построить схему, аналогичную по своему действию триггерному делителю частоты. Если бы организму требовался точный датчик времени, то он мог бы воспользоваться этим принципом. Но делает ли он это? В животном мире рекорд точности отсчета времени принадлежит цикаде, которая проводит 16 лет под землей в виде личинки и только на 17-й год превращается во взрослое насекомое. Ясно, что здесь не обходится без цифровых часов. Сторонники теории биоритмов утверждают, что в момент рождения человека вступают в действие три различных биологических цикла, повторяющиеся с точной периодичностью до конца жизни: интеллектуальный цикл продолжительностью 33 дня, эмоциональный – 28 дней и физический – 20 дней. Точность такого порядка может обеспечиваться тоже только цифровыми часами.

Попробуем разобраться, что лежит в основе этих циклов. На роль эталонной частоты хорошо подходит частота альфа-ритма мозга, составляющая 10–11 Гц. Три последовательных деления на 2 дают нам 1,3 Гц, или 80 ударов в минуту, – «цифровое» значение пульса. Семнадцать последовательных делений этой частоты на 2 дают суточный ритм: 1,3/(2¹⁷) = 10^-5 Гц, или один цикл за 28 ч. Это неплохое приближение для естественного суточного ритма. Людям, которым приходилось многие недели проводить в пещерах, всегда казалось, что они находились там меньше дней, чем на самом деле. Из этого можно заключить, что «естественный» биологический цикл длиннее земных суток. В нормальных условиях биологический «задающий генератор» немного сбивается, приноравливаясь к смене дня и ночи. С точностью до одного дня мы можем получить частоту интеллектуального биоритма, разделив реальный суточный ритм на 2⁵, а 20-дневный физический цикл – разделив естественный 28-часовой суточный ритм на 2⁴. Двадцативосьмидневный эмоциональный ритм получается как половина суммы частот интеллектуального и физического ритмов: 1/2(33+20) = 26,5. Во всех этих расчетах, конечно, немало натяжек. Биологической «электронике» не нужна излишняя точность: она должна обладать гибкостью и способностью приспосабливаться к внешним условиям. Так что сторонники теории биоритмов явно переоценивают ее возможности.

Специалисты по биоритмам фирмы КОШМАР достигли немалых успехов в своих попытках затормозить развитие различных животных и тем самым продлить период «юности», когда животные наиболее восприимчивы к обучению. После семи лет тренировок головастики научились плавать строем и прыгать через обруч.

Комментарий Дедала

Похоже, что американская фирма «Контрол дейта корпорейшн», производящая компьютеры, серьезно относится к биоритмам (New Scientist, Jan. 1, 1981, p. 38). Однако существует и более скептическая точка зрения (Archives of General Psychiatry, 35(1), 1978, p. 41, New Scientist, March 20, 1980, p. 926).

Магнитный «мех»

Архитекторам, занимающимся проблемами теплоизоляции зданий, следовало бы поучиться у природы. Теплоизоляционный слой должен находиться не с внутренней стороны стен и не в стенах, а снаружи. В этом случае кирпичная кладка, обладающая большой тепловой инерцией, будет сглаживать суточные колебания температуры внутри помещения. В идеале наружное покрытие стен должно также обладать водоотталкивающими, звукопоглощающими, декоративными и защитными свойствами. Построить мохнатое здание, однако, не так просто. Покрытие из стекловаты слишком неэлегантно, а электростатический метод, применяемый при изготовлении искусственного меха, слишком сложен. Биологи фирмы КОШМАР подыскивают газонную траву, которую можно было бы выращивать на стенах как своего рода растительный «мех». Но есть опасения, что трава, как и плющ, будет со временем разрушать кирпичную кладку.

По мнению Дедала, решение проблемы дает новая магнитная краска. Она представляет собой взвесь железных опилок в нитролаке. Краску наносят на поверхность и над слоем свежей краски проводят мощным магнитом. Опилки притягиваются магнитом и вытягивают за собой ниточку лака. Нить очень быстро затвердевает, и стена оказывается покрытой длинным ворсом. Такое покрытие, которому можно придать любую окраску, не только обладает прекрасными теплоизоляционными звукопоглощающими свойствами, но и очень привлекательно на вид. Зеленый домик отлично впишется в сельский пейзаж, радуя глаз колышущимся на ветру мохнатым покровом. Даже в городах «пушистые кварталы» будут выглядеть гораздо эстетичнее нынешних. Дома можно раскрашивать «под зебру», «под жирафа», изобретать любые орнаменты. И архитектура в целом обогатится новой невиданной мягкостью цветов, линий и поверхностей. Дедал также намеревается применить свое изобретение для решения более частных проблем. Нет сомнения, что огромным спросом будет пользоваться средство против облысения КОШМАР (наносится на лысину и укладывается в прическу магнитом; новые волосы держатся не хуже старых!). Подобное же средство надежно защитит полярников от холода и поможет специалистам по приматам войти в более тесный контакт с обезьянами. Дедал догадывается, однако, что названные применения не исчерпывают всех возможностей нового покрытия. Железные опилки на кончиках волокон можно отклонять магнитным полем. Таким образом, магнитный «мех» может стать первым управляемым теплоизолятором. Теплоизоляционными свойствами мохнатого дома или махровой рубашки можно будет управлять при помощи магнитного поля, создаваемого системой электрических приводов. В жаркую погоду термостат включает ток и ворс приглаживается; в холодную погоду ворс взъерошивается и его теплоизоляционные свойства улучшаются. Дом будет приспосабливаться к изменениям погоды, а владелец рубашки на собственном опыте ощутит все прелести автоматической терморегуляции, существующей у кошек и других животных. Если рубашка будет покрыта ворсом и с изнанки, то движением ворса на отдельных участках можно будет управлять со спрятанного в рукаве пульта, и владелец рубашки сможет в любой момент дистанционно почесаться там, где на людях это сделать неприлично. Такая рубашка хороша и для плавания, поскольку она способна загребать воду своими ворсинками, как бактерии ресничками. После купания рубашка сама стряхнет с себя воду и мгновенно станет сухой.

Что еще более интересно, магнитные волокна могут вибрировать в переменном магнитном поле с частотой вплоть до верхней границы звукового диапазона. Рубашка-громкоговоритель со встроенным в воротник микрофоном и усилителем пригодится ораторам; по этому же принципу можно изготовить и громкоговорящие обои. Колебания магнитных ворсинок передаются воздуху за счет вязкого трения и создают однородное ненаправленное звуковое поле. Подавая на различные участки стены разные сигналы, можно добиться подлинно объемного звучания. В качестве других применений этого замечательного изобретения можно назвать магнитную зубную щетку, которая сама чистит зубы, и перистальтический ковер. В основу этого ковра вплетены управляющие провода, создающие на ворсе бегущую волну, которая уносит пыль и мелкий мусор к миниатюрному мусоросборнику. Такой ковер избавит хозяйку от многих забот, но вряд ли придется по душе кошкам.

New Scientist, June 6, 13, 1974.

Головокружительный звук

Человеческое ухо выполняет одновременно две функции: оно является органом слуха (кортиев орган, улитка) и органом равновесия (полукружные каналы). Воспринимаемый нами звук должен возбуждать колебания как в кортиевом органе, так и в полукружном канале – почему же при громком звуке мы не теряем равновесия? Высокочастотные звуковые колебания, говорит Дедал, не могут возбудить колебания жидкости в полукружном канале. А что если создать сильно асимметричный звуковой сигнал, в котором короткие импульсы повышенного давления чередуются с длительными периодами низкого давления? По мнению Дедала, такой сигнал не будет гаситься в лабиринте, а сможет раскачать жидкость в полукружных каналах. Вязкая жидкость будет реагировать только на продолжительные импульсы. Вначале Дедал сомневался в правильности этого вывода. В акустических лабораториях очень часто используют сигналы такой формы, но никто не хватается за голову и не валится с ног. Потом Дедал вспомнил, что усилители, громкоговорители, да и сами уши вносят существенные фазовые искажения в сигнал. Все гармонические составляющие исходного сигнала, определяющие его слуховое восприятие, сохраняются, однако форма сигнала чаще всего не имеет ничего общего с исходной. Поэтому инженеры фирмы КОШМАР работают над созданием специальных генераторов, пытаясь подобрать такую форму исходного звукового сигнала, чтобы после всех изменений он приходил в лабиринт именно в том виде, который необходим для возбуждения колебаний жидкости в полукружных каналах. Чувство равновесия нарушится, человек почувствует головокружение и упадет. Это жуткое, но безвредное оружие будет идеальным средством усмирения бушующей толпы, деморализации солдат противника; вообще с помощью такого устройства можно заставить любого человека прекратить любую деятельность и судорожно заняться поиском опоры. Однако «тактическая ценность» этого оружия несколько снижается из-за того, что оно в равной мере поражает обе стороны. «Головокружительный звук» меньшей интенсивности, вызывающий лишь слабое замешательство, будет как нельзя кстати для композиторов-авангардистов, все еще не теряющих надежды покорить буржуазную аудиторию. Головокружительный ультразвук мог бы делать свое черное дело, оставаясь незаметным для слуха. У наркологов появится способ действовать на расстоянии на алкоголиков и наркоманов, вызывая у них головокружение и тошноту в тот самый момент, когда они вознамерятся предаться своим порокам.

Впрочем, аналогичный принцип можно использовать и для достижения обратного эффекта. Почему обязательно обманывать чувство равновесия, не лучше ли помочь ему? Можно придумать некий аналог слухового аппарата, который подавал бы во внутреннее ухо более точную и подробную информацию для органов равновесия. Такой аппарат принесет огромную пользу старикам и людям с нарушенной координацией. Этот прибор позволит не только восстановить утраченную координацию, но и значительно улучшить ее по сравнению с нормальной. Дело в том, что в отличие от бинаурального слуха, способного создавать эффект объемного звучания, наличие парных вестибулярных органов не дает «объемной» информации о равновесии. Вестибулярный аппарат определяет скорость вращения головы относительно некоторой оси, но не способен определить центр вращения. Подавая в вестибулярный аппарат искусственно усиленный сигнал разбаланса, мы позволим ему определять не только угловые ускорения по трем измерениям, но и мгновенные центры вращения. Соответственно Дедал разрабатывает стереошляпу, оснащенную современными чувствительными акселерометрами. Этот прибор измеряет угловые скорости и ускорения, определяет мгновенные центры вращения и через наушники передает сигнал разбаланса (закодированный в виде ультразвуковых колебаний определенной формы) в правое и левое ухо по отдельности. Наушники не помешают нормально воспринимать окружающие звуки, но обладатель стереошляпы приобретет качественно новое чувство координации. Легкость, с которой мы учимся ездить на велосипеде, доказывает, что человек без труда овладевает новыми для себя навыками балансировки, так что обладатель стереошляпы быстро научится пользоваться ею чисто рефлекторно.

Появится новое поколение танцовщиков, канатоходцев и эквилибристов. Граждане преклонного возраста смогут ходить по проволоке; возникнут новые виды спорта; наша жнзнь обогатится новыми ощущениями. Более того, к стереошляпе можно будет подключать выносные датчики. Летчик сможет непосредственно ощущать поведение своей машины даже в тумане или в темноте; он как бы сольется с самолетом и будет вести его инстинктивно и безошибочно. Космонавты, страдающие в невесомости от расстройства вестибулярного аппарата, получает надежное средство инерциальной навигации. Стереошляпа Дедала исцелит и страдающих от морской болезни, если подключить к ней навигационный гирогоризонт. А при острых отравлениях стереошляпа поможет мгновенно очистить желудок, направив в уши искаженный сигнал.

New Scientist, November 16, 23, 1978

Использование головокружительного звука дает нам гуманный способ борьбы с засаживанием голубями общественных зданий: птицам не удается удержаться на узких карнизах.

Макинтош для микробов

Специалисты по генной инженерии утверждают, что микробы – если ввести в их хромосомы подходящие гены – могут синтезировать любые органические вещества, в том числе и ценные лекарства. Но чтобы выделить эти вещества и ввести их пациенту, требуются сложные процессы выращивания штаммов, очистки, упаковки и т. п. Дедал изобрел покрытие для микробов, позволяющее упразднить все эти стадии. Дело в том, что микробы нельзя непосредственно вводить в организм, так как он начинает яростно сражаться с ними, а они в ответ ожесточенно размножаются. А если окружить микроб тонкой полимерной пленкой? Иммунная защита организма, вступающая в действие при проникновении в него чужеродных белков, не сработает. Если же пленку сделать проницаемой для воды, питательных веществ и продуктов метаболизма, то микробу будет обеспечено вполне сносное существование. Делиться он не сможет за неимением достаточного свободного пространства. Поскольку микробы, как предполагается, бессмертны, находясь в оболочке, онн будут выделять в кровь пациента лекарственное вещество неопределенно долго – по крайней мере до тех пор, пока не разрушится оболочка[44]44
  Пролонгирование действия лекарственных веществ методом микрокапсулироваиия применяется довольно широко. Таким путем можно вводить и микроорганизмы. Интересен, пожалуй, сам способ создания оболочки, предложенный Дедалом. – Прим. ред.


[Закрыть]. Организм же мгновенно справится с беззащитным микробом-одиночкой.

Биохимики фирмы КОШМАР разрабатывают катализаторы процесса полимеризации, которые адсорбируются на стенках клетки и позволяют формировать защитную оболочку микроба прямо из раствора подходящего мономера. Как только это удастся сделать, фирма собирается приступить к испытанию на добровольцах микробов в оболочке, вырабатывающих инсулин, интерферон, антибиотики и другие лекарства. Одна инъекция будет действовать в течение многих месяцев. Этот метод позволит использовать и такие лекарственные вещества, для которых неприемлема обычная процедура приготовления и консервации. В этой связи Дедал вспоминает, что никотин может поступать в организм только при курении потому, что на воздухе он быстро разрушается. И лишь путем быстрой возгонки никотина из табака и последующей ингаляции можно ввести в легкие достаточное для курильщика количество ннкотнна. Микробы же, циркулирующие в крови и непрерывно выделяющие свежевыработанный никотин, могут доставлять курильщику постоянное удовольствие, в то же время избавляя его от риска заболеть раком легких, а всех прочих от запаха табачного дыма!

New Scientist, February 5, 1981

Из записной книжки Дедала

Могут ли микробы существовать в полимерной оболочке? По-видимому, да, если верить работе С. Апдайка, Д. Харриса и Е. Шраго (Nature, 224, 1969, р. 11–22). Эти авторы помещали Tetrahymena pyriformis и Escherichia coli в растворы акриламида и под действием излучения производили полимеризацию мономера. Несчастные Tetrahymena pyriformis после этого еще долго бились в своих тесных клетках. Они продолжали жить в течение нескольких дней (не более пяти), хотя вряд ли могли питаться полиакриламндом. В тонких проницаемых оболочках микробам было бы, наверное, гораздо легче выжить. Будет ли полимерная оболочка достаточно проницаемой для воды, кислорода, продуктов жизнедеятельности и т. п.? Допустим, что мы имеем дело с кишечной палочкой Escherichia coli, имеющей диаметр, скажем, 3 мкм (радиус 1,5×10^-6 м) – Тогда площадь ее поверхности равна А = 4πr² = 2,8×10^-11 м², а объем V = 4πr³/3 = = 1,4×10^-17 м³. Полиэтиленовая пленка толщиной 25 мкм обладает по отношению к водяному пару проницаемостью, равной 2×10^-7 кг/м²с, когда значения относительной влажности по разные стороны пленки отличаются на 75%. Можно ожидать, что проницаемость пленки толщиной 1 мкм будет примерно в 25 раз выше и такая пленка, сможет пропускать k = 25×2×10^-7 кг/м-с, или 5×10^-9 м³ воды на 1 м² поверхности за секунду. Тогда кишечная палочка в полиэтиленовом «плаще» толщиной 1 мкм сможет прокачивать сквозь оболочку объем воды, равный ее собственному объему, за время t = V/kA = 1,4×10^-17/(5×10^-9 × 2,8×10^-11) = 100 с. Для молекул более крупных, чем молекулы воды, интенсивность обмена окажется ниже. Однако совершенно ясно, что с проницаемостью проблем не возникнет: всегда можно модифицировать полимер и сделать его проницаемым для инсулина и других белковых молекул.

Какие вещества могут производиться бактериями, введенными в организм, с наибольшей пользой? Прежде всего, конечно, лекарства, которые вводятся в малых дозах на протяжении длительного курса лечения: инсулин, гормональные препараты, транквилизаторы. Кроме того, витамины – они не вырабатываются в нашем организме, и было бы очень удобно, если бы их постоянно производили бактерии. (Для выработки ощутимого количества алкоголя микроорганизмов потребовалось бы слишком много.) Еще идея: заставить бактерии вырабатывать пенициллин. Этот антибиотик опасен для бактерий только при их размножении. А пока микроб остается в своей оболочке, он неуязвим. Когда же оболочка разрушится и бактерия получит возможность делиться, ее убьет выработанный ею же пенициллин.