Все работы хороши: професии будущего

Микрохирургия — это наша повседневность. Значит, в будущем можно ожидать появления нано-, пико- или фемтохирургов. Правда, инструментами их будут не скальпели и даже не лазеры. Да и сами хирурги, скорее всего, лишатся привычных нам халатов, масок, ритуалов по мытью рук, да и самих операционных. Их рабочим местом станет терминал управления миниатюрными хирургическими роботами, работающими внутри человеческого организма.

Впервые эта мысль проскользнула в фильме Джо Данте «Внутреннее пространство» (Innerspace, 1987). Именно там уменьшенный до размеров эритроцита (6−8 мкм) аппарат путешествовал по всем органам и системам и даже умудрялся перебраться от человека к человеку. Правда, аппарат управлялся не извне, а уменьшенным до соответствующих размеров пилотом. Более близкий к реальности прототип появился в сериале «Звездные врата: Атлантида» (Stargate: Atlantis, 2004−2009). В тело человека вводились роботы-наноциты, которые могли замещать собою поврежденные клетки. Сценаристы как в воду глядели — в 2009 году американские ученые сначала сумели отследить движение раковых клеток, помеченных углеродными наночастицами, а затем приноровились и уничтожать их. В The Journal of Clinical Investigation была опубликована статья, где исследователи из Университета Вашингтона в Сент-Луисе (штат Миссури) создали четырехнанометровые частицы из перфтор-углерода, несущие основной компонент пчелиного яда — аминокислотный полимер мелиттин. Самое интересное, что наночастицы атаковали и уничтожали только раковые клетки, не затрагивая здоровые.

Теперь дело за малым: оснастить частицы элементами управления, приемником/передатчиком сигналов, научить их использовать «местный» строительный материал — и о рубцах на месте инфаркта миокарда можно будет забыть, как о страшном сне. Тем более что такие нанороботы в перспективе выглядят более управляемыми, чем живые и потому менее предсказуемые стволовые клетки.

«Хирургия уверенно движется в сторону минимизации инвазивности. Уже сейчас срединная лапаротомия воспринимается как архаичность. Плановые же операции постепенно становятся уделом эндохирургов, — говорит кардиохирург Андрей Филиппов из медицинской школы Стэнфордского университета. — Буквально пару десятилетий назад, чтобы спасти человека от ишемической болезни сердца, приходилось вскрывать ему грудную клетку. Сегодня достаточно войти в сосуды бедра, подняться по ним до сердца и установить стент. И мастерство хирурга сегодня оценивается по способности строить в голове пространственную модель человеческого организма, оперативности реагирования на изменение ситуации на мониторах Первоначально прогресс пойдет по пути уменьшения размеров эндохирургического инструментария. Уже к середине XXI века мы сможем проникать практически в любой более-менее крупный сосуд. Не секрет, что именно с патологией сосудов связана основная масса хирургических заболеваний. Вероятно, наступит и такой момент, когда хирургу не придется вручную управлять проводником для зонда. Но приблизить этот момент сами медики не могут, потребуются усилия специалистов из Кремниевой долины. Ведь внутрисосудистый хирургический робот должен быть стопроцентно управляемым, даже самый минимальный лаг при передаче команды может стоить пациенту жизни».

Специалисты по управлению погодой

Попытки моделировать климатические явления и влиять на погоду предпринимаются и в наши дни — но вот беда, даже прогнозы погоды на три дня вперед сбываются не стопроцентно, а с активным воздействием на атмосферу мы знакомы преимущественно по эпизодам так называемого разгона облаков в праздничные дни. Есть, однако, основания полагать, что ситуация в будущем серьезно изменится и человечество научится заказывать погоду и предотвращать климатические катаклизмы вроде торнадо или аномальной засухи. В связи с этим потребуется множество специалистов, которые обеспечат функционирование глобальной системы точного прогнозирования атмосферных явлений и их корректировки. Во-первых, важно продвинуть к новым горизонтам математические методы нелинейного моделирования. Погода зависит от массы факторов, и эти факторы находятся в постоянной динамике, так что описание математическим языком столь нестабильных систем потребует решения многих задач. Для расчета климатических процессов в глобальном масштабе уже сейчас используются суперкомпьютеры, однако в будущем для этих целей потребуются намного более производительные вычислительные мощности. Впрочем, для того чтобы суперкомпьютерам было что обсчитывать, потребуется и более совершенная система глобального мониторинга воздушной и морской среды, включающая в себя разнообразные сенсоры, установленные на спутниках, судах, буях, самолетах, аэростатах, наземных метеостанциях. И наконец, потребуются новые технологии, а значит, и новые специалисты в области активного воздействия на атмосферные процессы.

В качестве примера такой перспективной технологии можно привести идею американца Росса Хоффмана, который, будучи еще студентом знаменитого Массачусетского технологического института, предложил воздействовать на атмосферу точечным нагреванием на 2−3 градуса ее отдельных участков. Главная посылка Хоффмана заключается в том, что характер и направление мощных атмосферных процессов можно корректировать относительно малым воздействием. Например, не обязательно уничтожать ураган, противопоставляя ему столь же масштабную мощь. А можно, например, подогрев участок атмосферы, слегка изменить направление воздушных потоков и увести торнадо в сторону от густонаселенных районов. Но как этого можно добиться — не втыкать же в небо кипятильник? Хоффман предлагает запустить на околоземную орбиту группу спутников, которые смогут перерабатывать энергию Солнца в электромагнитное излучение частой 183 ГГц. Эти космические «микроволновки» будут по команде компьютера направлять энергию на заданный участок атмосферы, нагревая там воздух. Такой способ управления погодой, конечно же, станет реальным лишь тогда, когда последствия подобного воздействия на атмосферу можно будет точно рассчитать математически. Правда, в этом случае появится возможность использовать управление погодой как климатическое оружие, то есть насылать на недругов смерчи, ураганы, ливни или засухи. К теме управления погодой близки также проекты в области геоинжиниринга, направленные на изменение климата в целом, например на противодействие глобальному потеплению. Среди них — засеивание атмосферы серой для поглощения части солнечных лучей или вывод на орбиту отражающих зеркал.

Программист транспортных потоков

Как одно из средств борьбы с автомобильными заторами в городах в наши дни применяются интеллектуальные системы управления дорожным движением. Датчики и камеры замеряют интенсивность потоков, центральный компьютер обсчитывает эту информацию, вычисляет на ее основе наиболее оптимальную схему движения и перенаправляет автомобили с помощью светофоров и информационных табло. В будущем специалистам по управлению городским движением придется решать более серьезные задачи. В крупных городах весь транспорт будет представлять собой единую систему, управляемую автоматически. Для этого, скорее всего, понадобятся новые виды транспорта. Перед проектировщиками встанут две главные задачи: во-первых, определить, что будет управляться только автоматом, а что останется человеку; во-вторых, задать оптимальное соотношение общественного и индивидуального транспорта.

Эти две задачи тесно связаны. Общественный транспорт идет по заданным маршрутам, и автоматизировать его — задача в принципе несложная и уже частично решающаяся. Но если по улицам будут по-прежнему ездить индивидуальные автомобили, водители которых ведут себя намного непредсказуемее автоматов, общественный транспорт придется разносить в пространстве с персональным — убирать его на рельсы, эстакады и в тоннели. Согласно некоторым современным проектам личные автомобили в конце концов будут вытеснены из густонаселенных городов и заменены парком автоматических или полуавтоматических индивидуальных транспортных средств. Эти транспортные средства не будут принадлежать отдельным лицам, их можно будет брать напрокат или вызывать как такси. Поначалу эти движущиеся кабинки станут перемещаться по специальным путям, поднятым наверх (по типу фуникулера), и доставлять пассажиров максимально близко к нужной точке в городе благодаря густой сети путей. Более смелые проекты рисуют полностью автоматизированные улицы и магистрали, на которых движение организовано вообще без участия человека. При этом правильно рассчитанный поток индивидуальных транспортных средств может давать большую пропускную способность, чем общественный транспорт с большим количеством посадочных мест. Иными словами, на улицах городов будущего не останется ни водителей, ни автоинспекторов. Специалистам предстоит лишь создать аппаратуру и алгоритмы, которые позволят сделать передвижение по городу быстрым и безопасным.

Сетевой археолог

Сайты исчезают по разным причинам. Иногда хозяин стирает сайт или приостанавливает его поддержку, и через некоторое время владелец сервера просто его отключает. Иногда хостинг разоряется и пропадает вместе со всеми хранимыми сайтами.

Будущее в пределах 30–40 лет может дать миру новую профессию. Это сетевой археолог, то есть специалист по поиску и извлечению информации из мертвых сайтов. Уже сейчас во многих компаниях работают профессиональные «поисковики», специалисты по сетевому серфингу, а несколько лет назад проводился даже чемпионат по поиску в интернете – Кубок Яндекса. Сетевые археологи станут отдельной ветвью этой профессии. В их задачи будет входит нахождение редкой информации на мертвых сайтах и работа с архивами хостингов. Ведь многие сайты, на которые уже нельзя зайти путем простого набора адреса в строке браузера или даже через кэш поисковых систем, хранятся мертвым грузом на серверах хостеров.

Сетевая археология может стать серьёзным подспорьем для истории. Многие факты, данные, сведения не фигурируют нигде кроме мировой паутины. Политические скандалы, подноготные известных людей, фотографии «на злобу дня» — всё это не находит отражения в книгах или учебниках, зато навсегда остаётся в недрах Интернета. Именно подобными «раскопками» займутся сетевые археологи в целях получения наиболее полной картины мира конца XX – начала XXI века. Отдельную ветвь могут составить исследователи сетевого фольклора.

Генетический инженер растений

Пока политики и потребители определяются со своим отношением к генетически модифицированным растениям, попробуем представить, как могла бы выглядеть лаборатория генетической инженерии в будущем. Сначала биотехнолог подбирает для работы гены в базе данных, отправляет файлы с последовательностями нуклеотидов через интернет в компьютер синтезатора, и уже на следующий день заказанные гены приходят в лабораторию в виде готовых молекул. В стерильных боксах лаборанты в белых халатах встраивают свежесинтезированные молекулы ДНК в геном растений. Растительные экспланты со встроенными ДНК-молекулами сначала растут в колбах, позже их переносят в огромные теплицы. На каждом растении — электронный чип со всей нужной информацией. В полностью автоматизированных теплицах за растениями наблюдают видеокамеры и датчики. Как только появляется растение с нужными характеристиками, робот тут же отбирает его для последующей селекции, собирает и взвешивает семена, снабжает их этикеткой со штрих-кодом и отправляет в хранилище. В год такая лаборатория сможет производить около 50 000 трансгенных растений. Впрочем, это не будущее, а вполне реальное настоящее: именно так выглядит лаборатория фирмы Cropdesign в Бельгии на платформе TraitMill.

Если такие технологии существуют уже сейчас, что же ждет нас в будущем? К сожалению, чудес биотехнологии с растительным геномом «под заказ» придется подождать. «В молекулярной биологии мы наблюдаем тот редкий случай, когда скорость развития технологии значительно опережает наши знания. Современная генетическая инженерия уже способна обеспечить не только повышенную резистентность к гербицидам или устойчивость к вредителям, — говорит Руслана Радчук, научный сотрудник отдела молекулярной генетики Инсти- Гатерслебене (Германия).- Но чтобы сотворить чудо, сначала надо найти те гены, которые привнесут в растение нужное качество. Однако на сегодняшний день треть генов в растениях вообще не изучены, роль еще половины можно только предположить. Поэтому в ближайшем будущем параллельно с грандиозными коммерческими проектами ученые продолжат изучение функций отдельных генов».

Чтобы лучше понять перспективы развития генной инженерии, стоит вспомнить самые значимые достижения последнего времени. По мнению многих ученых, настоящим прорывом можно считать создание «золотого риса», который синтезирует витамин А. На сегодняшний день это, пожалуй, один из немногих практически готовых продуктов, ценность которого очевидна не только производителям, но и потребителям. Такой рис в качестве надежного источника витамина А незаменим в регионах, где ему нет альтернатив. Кроме того, «золотой рис» — настоящая гордость биоинженерной мысли, позволившей встроить в геном целый ряд генов, обслуживающих один путь биохимического синтеза. Другим важным достижением стоит назвать производство вакцин в трансгенных растениях.

Какие качества трансгенных растений находятся сейчас под прицелом генных инженеров? Прежде всего это урожайность, повысить которую методами классической селекции уже не удается, так что все надежды возлагаются на молекулярную биологию. Ученые старательно изучают гены, ответственные за устойчивость к засухе, защиту от вредителей и прочих неблагоприятных факторов. В ближайшей перспективе, по-видимому, именно это направление останется основным.

Вторым важным направлением будет улучшение питательных качеств растений: изменение биохимической композиции семян, повышение содержания белка, полиненасыщенных жирных кислот, антоцианов, увеличение содержания витаминов и уменьшение — аллергенов и плохоперевариваемых компонентов.

Еще одно направление — производство лекарственных препаратов и вакцин. Пока что лекарственные препараты, содержащие белок, производятся в основном с помощью бактерий, но использование для этого трансгенных растений в будущем выглядит весьма перспективно. Правда, не в качестве «растительных таблеток» или «растительных прививок» (при этом возникают проблемы с точной дозировкой), а в качестве растительных биофабрик, синтезирующих лекарства, которые затем выделяют из растений. Впрочем, подобные биофабрики тоже уже существуют.

Наконец, самое молодое направление — разработка трансгенных растений для технологических нужд: от изменения композиции картофельного крахмала для бумажной промышленности до производства паутинного полимера для хирургии.

Превентивный полицейский

В рассказе Филипа Дика «Особое мнение» полицейские арестовывали и сажали в тюрьму людей не за совершенные преступления, а лишь за намерение преступить закон в будущем. Имена несостоявшихся убийц, грабителей и насильников называли ясновидящие-мутанты как минимум за неделю до предполагаемой трагедии. Поправ священную презумпцию невиновности, общество практически полностью избавилось от преступности: опасаясь получить наказание, даже не реализовав свой преступный замысел, граждане покорно склонили головы пред всевидящим законом.

Вполне вероятно, что сам Филип Дик оказался провидцем. Фундамент будущей системы предупреждения преступности колоссальными темпами строится в наши дни. Речь идет о компьютерных базах данных с личной и биометрической информацией о преступниках, потенциальных преступниках, а в будущем — обо всех людях планеты. В 1999 году Скотланд-Ярд начал собирать национальную базу ДНК NDNAD с образцами генетического материала всех лиц, признанных виновными в совершении преступления. В 2003 году полиция получила право заносить в NDNAD ДНК всех арестованных лиц, независимо от финального вердикта. Когда в 2006 году власти стали арестовывать нарушителей за мелкие преступления, база вновь пополнилась записями, на этот раз о практически добропорядочных гражданах. Также в NDNAD хранятся ДНК несовершеннолетних правонарушителей — потенциальных взрослых преступников.

На сегодняшний день британская база ДНК занимает второе место по количеству записей. Возглавляет список американская база CODIS. Пока что полиция не собирает ДНК добропорядочных граждан. Однако ограничивает ее скорее колоссальный объем работы по сбору и систематизации информации, нежели многочисленные протесты общественных организаций. А поводы для протестов есть. В отличие от обезличенного почтового адреса или номера паспорта, ДНК содержит очень личные сведения: о происхождении, расе, физиологических особенностях и даже предрасположенности к психическим заболеваниям.

На основе статистических данных профессор Ричард Берк из Университета Пенсильвании вывел формулу «индекса смертоносности», присвоив относительные баллы 30 различным параметрам, от состава семьи и уровня достатка до возраста, в котором гражданин совершил первое правонарушение. Индекс указывает вероятность, с которой тот или иной человек может совершить убийство. Разумеется, исследования Берка встретили яростное неодобрение общества. И дело тут не только в презумпции невиновности или расовых стереотипах. Это тот случай, когда исследователь может повлиять на результат эксперимента. Создав и растиражировав образ «типичного преступника» (скажем, нелегальный эмигрант рабочей профессии с низким уровнем дохода), власти могут сами подтолкнуть представителей этой группы к преступлениям.

Боб Бернс и специалисты министерства внутренней безопасности США работают над выявлением невербальных признаков, выдающих злоумышленника. Они изучают едва заметные сокращения мимических мышц лица в надежде уловить закономерности. Исследователи кадр за кадром рассматривают сотни видео с тестовыми интервью. Если Бернсу удастся отыскать секрет предательской гримасы, дело будет за малым — создать компьютерную программу по распознаванию лиц с соответствующей функцией. Вы все еще гадаете, устоит ли презумпция невиновности? Взгляните правде в глаза: фундаментальный столп римского права уже пошатнулся, как Пизанская башня. Исследования Бернса — всего лишь попытка подложить научную основу под работу, которую каждый день выполняют тысячи офицеров полиции в аэропортах всего мира. За последние годы только в США более 1100 человек были арестованы лишь за подозрительное выражение лица. Выбирая между покоем и справедливостью, общество, безусловно, предпочтет первый пункт.

Генетический терапевт

Генетика уже в наше время добилась весьма впечатляющих успехов. О расшифровке генома человека всего полстолетия назад можно было только мечтать. Генетическая диагностика позволяет выявлять предрасположенность к огромному перечню заболеваний. Это уже сейчас позволяет модифицировать образ жизни конкретного человека так, чтобы не создавать условий для превращения предрасположенности в суровую, но объективную реальность.

Что же дальше? А дальше, безусловно, должно появиться лечение на генетическом уровне. И для этого определенно потребуются специалисты, которых нет в современной нам медицине, — генетические терапевты. Впрочем, с таким же успехом их можно назвать генетическими хирургами, ведь им придется выполнять ювелирные операции на молекулярном уровне — в пределах человеческой ДНК.

Например, можно будет восстановить утраченный в результате травмы палец. Или вырастить полосатый фосфоресцирующий хвост — боди-морфинг, скорее всего, будет весьма популярен. Ведь это возможно даже сейчас, правда, лишь у лабораторных животных. Так, исследователи из The Wistar Institute (Филадельфия, США) обнаружили у млекопитающих один-единственный ген, блокирующий способности к регенерации тканей. История с ящерицей, которая способна «отбросить» некоторые части своего тела, а затем вырастить их заново, не давала ученым покоя. Если на это способны рептилии, то и у более высокоразвитых существ эта опция должна присутствовать. Пусть даже и в «молчащем виде». И действительно, стоило «отключить» у мышей ген р21, регулирующий клеточный цикл, как скорость регенерации тканей у них возросла в разы. Не исключено, что через пару сотен лет в травм-пунктах будут сидеть генетические травматологи, способные временно блокировать аналогичные гены у человека, и от надоевшего всем гипса наконец-то можно будет отказаться.

«Действительно, мы уже знаем много генов, нарушения в структуре и функциях которых способствуют возникновению болезней. Например, рака. Теоретически можно их 'включить' или 'выключить', и все вернется на круги своя. Сложность в том, что в большинстве случаев нет какого-то одного-единственного 'проблемного' или 'исцеляющего' гена, обычно дело приходится иметь с целой группой, в которой каждый отдельный ген отвечает одновременно за несколько процессов, — объясняет старший научный сотрудник Института молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН Александр Иванов. — Кроме того, пока что есть проблемы с 'генетическим инструментарием'. Для вставки информации используются искусственные (или модифицированные естественные) вирусы, а также короткие интерферирующие РНК. И на современном этапе невозможно гарантировать безопасность манипуляций. Встраивание вирусов в геном нередко приводит к возникновению рака. Просто из-за неудачного места встраивания, потому что точно прогнозировать это самое место мы еще не научились. Но кое-что умеем. Можно вставлять при помощи генной терапии не поломанный ген, а другой, наличие которого позволит 'отравить' целевую клетку. Например, ген тимидинкиназы (ТК) герпесвирусов позволяет фосфорилироваться ганцикловиру — препарату, применяемому для лечения цитомегаловирусной инфекции. Сам ганцикловир не токсичен, а вот его трифосфат — очень даже. Соответственно, если в клетки опухоли вставить ген ТК герпесвирусов, а потом дать пациенту ганцикловир, раковые клетки умрут в страшных муках. Впрочем, скорее всего, в первую очередь будет развиваться именно генетическая диагностика. Уже сейчас при помощи генной диагностики возникает иная классификация заболеваний. Те же виды рака — лейкозы, твердые опухоли, одинаковые для медиков XX века, на самом деле оказываются несхожими. В XXI веке делают специфические лекарства для лечения конкретных подвидов рака с 'поломкой' определенного гена. Грядет эра 'индивидуальных лекарств', созданных для лечения конкретной патологии у конкретного пациента. С определенными допущениями это уже можно считать прообразом генетической терапии».