Наука: Размышления о чудесных выздоровлениях

Автор: Дмитрий Шабанов

Несмотря на летнее затишье в потоке научных новостей, за последнее время пришло несколько сообщений, которые могут изрядно расширить наши представления о пластичности собственных организмов.

В 1984 году девятнадцатилетний американец Терри Уоллис (Terry Wallis) попал в автокатастрофу и получил множественные поражения головного мозга. Единственное, что удалось сделать медикам, — сохранить его живым в состоянии комы. И вдруг, в 2003 году Терри заговорил, начал вставать с постели и общаться со своей дочерью, которая незаметно для него стала взрослой! Томография показала, что разрушенные участки мозга не восстановились: вместо них образовались другие. Более того, за прошедшее с момента «воскрешения» больного время его мозг оказался еще раз перестроен: видимо, некоторые из сформировавшихся за время пребывания в коме нейронных сетей неважно справлялись со своими задачами. Они прекратили активность, а их функции взяли на себя другие, вновь образованные структуры. В результате врачи стали свидетелями появления человека с существенно иной, чем у здоровых людей, организацией центров мозговой активности.

Перестройка мозга может происходить не только в случае его травматического повреждения. Напомним зарегистрированный факт увеличения отделов мозга, отвечающих за ориентацию в пространстве, у лондонских таксистов. Еще интереснее доказанная в нескольких случаях способность к эхолокации, которая может развиваться у слепых людей. Овладевшие этим даром издают негромкие щелчки языком, а затем на основании полученного эха реконструируют расположение окружающих предметов. Прославившийся на всю страну незрячий американский подросток Бен Андервуд (Ben Underwood) благодаря эхолокации может даже кататься на скейтборде. Значит, наши с вами органы чувств пригодны и для решения столь нехарактерных для человека задач. Проблема лишь в том, чтобы развить структуры в мозгу, которые позволят управлять такими способностями.

К удивительным перестройкам оказывается способна не только мозговая ткань. После знакомства с историей Терри Уоллиса легче поверить и в случай с электриком из Калькутты Самбу Роем (Sambhu Roy). Тот получил сильный электрический ожог головы. Медики могли лишь наблюдать, как отторгалась пораженная часть черепа 25-летнего мужчины. К счастью, под ней образовались новые мозговые оболочки и новая кость. Так что сейчас удачливый электрик фотографируется для прессы, держа в руке кусок черепа, отделившийся от его головы.

Вообще, в последнее время появились основания для серьезной переоценки способности человека и его ближайших родственников к регенерации. Австрийские биологи повторили и развили эксперименты, выполненные полтора века назад немецким физиологом Эмилем Дюбуа-Реймондом. Эксперименты на мышах подтвердили старые наблюдения, что электрический ток, текущий через поверхность раны, может существенно усиливать восстановительные процессы. При правильно подобранных параметрах электрического поля, как оказалось, заметно усиливается способность клеток к миграции. Речь идет о вполне естественном механизме восстановления повреждения, но внешнее воздействие отключает какой-то механизм торможения в ходе его реализации.

Канадские ученые из университета Альберты с характерными для современной американской науки именами Цзе Чэнь (Jie Chen) и Ин Цуй (Ying Tsui) выступили с еще более необычным сообщением. Они разработали ультразвуковой генератор, который крепится на челюсти, как зубная скоба, и вызывает восстановление сломанных зубов. Важное условие — чтобы, как часто бывает при ударах, в толще челюсти остались живые корни зуба. Эти два инженера опирались на результаты Тарека эль-Биали (Tarek El-Bialy), медика из того же университета, который смог при помощи более крупного устройства вызвать восстановление утраченных зубов у кроликов.

Наконец, добавьте к вышеупомянутым фактам широкий круг феноменов, связанных с действием стволовых клеток (это настолько обширная тема, что она заслуживает отдельного обсуждения), и вы поймете, что речь идет о многочисленных возможностях для восстановления структур, потеря которых ранее казалась необратимой. Конечно, главные следствия из этих и аналогичных историй носят практический характер. Тем не менее рискнем затронуть и некоторые теоретические аспекты.

Изложенные здесь факты плохо согласуются с представлением об организме как о пошаговой реализации генотипа. Если бы наши свойства были результатом развертывания жесткой программы, не существовало бы никакого механизма для корректировки аномалий в случае серьезных отклонений от нормы.

Предположим, мы смогли разбить нормальный онтогенез на множество запрограммированных шагов: включений тех или иных генов и вызванных ими преобразований развивающейся системы. За шагом 1 следует шаг 2, за шагом 27 — шаг 28 и так до конца. В зависимости от исходной наследственной программы у нас должен получиться то ли читатель «Компьютерры», то ли ее автор, то ли редактор. Кажется, все понятно; примерно так же инсталлируется компьютерная программа. Однако жестко запрограммированными могут быть только те шаги, которые неоднократно проходились в ходе эволюции системы управления. Как быть с нештатными ситуациями — вариантами 28a, 28b, 28c, 28d и так далее, одни из которых являются достаточно вероятными отклонениями от нормальной траектории, а другие — серьезными повреждениями?

Как возникает приспособленность? Общий ответ — в результате предшествующего отбора. Например, способность заживлять раны можно рассматривать как результат соответствующего отбора — те, кто успешнее их заживляли, чаще оставляли потомков. Но отбора на способность восстановления мозга в результате двадцатилетнего пребывания в коме не было и не могло быть до конца XX века!

Инсталляторы программ или включают отдельные инструкции на случай всех предусмотренных вариантов, или игнорируют отклонения траекторий развития, или выдают сообщения об ошибках. У некоторых организмов (например, у круглых червей) управление индивидуальным развитием организовано сходным образом. Несомненно, что наша программа задана иначе. Впервые это отчетливо осознал немецкий эмбриолог Ганс Дриш, который изучал в начале XX века развитие морских ежей (без издевки: наших близких родственников, особенно с точки зрения эмбрионального развития). Из плавающей в толще воды личинки развивается морской еж. А что получится из половинки разрезанной экспериментатором личинки — пол-ежа? Нет, целый еж, только в два раза меньшего размера!

Что же управляет развитием личинки, которая из неестественного промежуточного положения «выруливает» к предусмотренному финалу? Чтобы ответить на этот вопрос, Дришу понадобилось слово «энтелехия», взятое из философии Аристотеля. По Дришу, энтелехия — это отрицание законов причинности в функционировании живой материи. Думается, Дриш был неправ — причинность действует и в этом случае, только она носит особый характер. Развитие саморегулирующейся системы может управляться заданным для нее конечным состоянием, что позволяет прийти в нужную точку из широкого диапазона возможных промежуточных состояний.

А как же программа управления развитием, которая реализуется через последовательное включение требуемых генов? Да никак. В одних случаях наш организм управляется таким образом, а в других — иным.

Рассмотрим условный пример, связанный с программированием двух роботов. Первый должен взять заготовку в одной точке, определенным образом повернуть и поместить в другую точку. Второй — автопилот, который должен привести автомобиль в нужное место. Программа первого вполне может быть жесткой последовательностью инструкций, охватывающих все пространство возможностей. Однако предусмотреть все состояния и положения автомобиля в строго детерминированной программе невозможно. Что делать? Задать автопилоту карту и обучить выстраивать по ней маршрут к нужной точке. Впрочем, некоторые фрагменты и такой программы вполне могут включать жесткие последовательности инструкций.

Распространенные сегодня банальные представления об организме как «автоматической» реализации генотипа не могут объяснить случаи «чудесных исцелений». Эту категорию фактов можно попытаться объяснить на основе эпигенетической теории эволюции и ее представлений о сущности онтогенеза.

С этой точки зрения на развитие влияет сложная совокупность факторов, в числе которых и наследственная программа, и результаты ее функционирования, и «предустановочные» особенности клеток, и воздействие среды. Эта система столь сложна, что ее поэлементное описание невозможно. Она может лишь быть охарактеризована распределением вероятностей того или иного хода развития при определенных внешних условиях. Это распределение вероятностей задает многомерное фазовое пространство (совокупность точек и траекторий развития) возможных состояний развивающейся системы. Трехмерную модель такого фазового пространства называют эпигенетическим ландшафтом. Нормальный результат развития задается, с этой точки зрения, не пошагово и жестко, а как потенциальная яма описанного фазового пространства (углубление в эпигенетическом ландшафте). На протяжении многих поколений отбор углубляет эту потенциальную яму, повышая вероятность благоприятного завершения развития.

Организм Терри Уоллиса в результате автокатастрофы попал в совершенно нетипичное для него «место» фазового пространства, которое к тому же было сильно искажено в результате «нештатных» внешних воздействий. Но потенциальная яма, соответствующая нормальной самоорганизации мозга, сохранилась, а на «пути» к ней не оказалось непреодолимых препятствий. Организм «съехал» в состояние, в чем-то напоминающее нормальный этап онтогенеза. И вот, преодолевая аномалии, мозг начинает достраивать недостающие структуры… Нужно вспомнить, что даже в нормальном развитии мозга есть этап «нейродарвинизма». Те мозговые клетки, которые успешно образуют контакты со своими соседями и входят в состав нормально работающих нейронных сетей, сохраняются, а прочие отмирают. Благодаря самоорганизации мозг «нащупывает» оптимальное для данных условий строение.

У эпигенетического объяснения есть одна важная особенность: оно не удовлетворит людей, ищущих однозначные объяснения. Вероятностный характер описываемых этой моделью процессов не позволяет указать жесткое соответствие между причиной и следствием. Казалось бы, все просто: почему данный организм таков, каким мы его видим? Потому что в нем есть гены, которые запрограммировали его именно так… Увы, этот подход терпит крах при попытке объяснить эксперименты Дриша или историю Терри Уоллиса: такое не запрограммируешь.

Каждое время дает свои метафоры для описания действительности. Например, средневековый человек был так восхищен часовым механизмом, что весь мир казался ему часами, а Бог — часовщиком. Сегодня мир — компьютер, а Бог (или эволюция) — программист. Но кто сказал, что развитие наших объяснений должно остановиться на нынешнем этапе?

ТЕХНОЛОГИИ: Ныне отпущаеши… Эпитафия настольным компьютерам, «просто принтерам» и КПК

Автор: Родион Насакин

Все уже привыкли к тому, что мировые рынки компьютеров и периферийного оборудования неуклонно растут чуть ли не с момента своего зарождения. Иногда рост ускоряется, иногда замедляется, однако аналитические отчеты о повышении объема продаж на очередные N% (если N измеряется десятками — провозглашают бум) уже стали дежурными. Стоит же потребителям в отдельно взятом регионе за отдельно взятый месяц несколько умерить пыл, как отраслевая пресса разражается апокалипсическими материалами о стагнации и насыщении (непременные ингредиенты кошмаров околокомпьютерных маркетологов). Как правило, причины снижения спроса кроются в кратковременных флуктуациях, связанных с макроэкономическими сложностями или негативными факторами юридического/социального характера, и вскоре все возвращается на круги своя.

Однако падение объемов поставок и разорение ИТ-вендоров в мировом масштабе уже давно стали бы реальностью, если б на смену одному устройству не приходило другое, очень похожее на прежнее по возможностям и внешнему виду, но обладающее рядом новых специфических достоинств — например, удобным форм-фактором или поддержкой качественно иных функций. Естественно, в силу своей похожести «старое» и «новое» устройства при экспертной оценке продаж попадают в один и тот же анализируемый сегмент рынка. Пресытившаяся потребительская аудитория набрасывается на продукты «новой» категории, а исследователи фиксируют очередной рост поставок по итогам отчетного периода.

Меж тем заслуга «старых» моделей в этой рыночной победе практически равна нулю. С каждым годом их продается все меньше, несмотря на все демпинговые и технологические ухищрения вендоров. И если та или иная корпорация своевременно не озаботилась диверсификацией своего производства в пользу «нового» устройства, то ее шансы на выживание начинают таять с каждым днем. Именно такая ситуация наблюдается в последние три года сразу на нескольких ИТ-рынках. Резво продающиеся ноутбуки, МФУ и смартфоны безжалостно вытесняют со складов и прилавков десктопы, принтеры/копиры/сканеры и КПК соответственно.

С 2003 года сегмент мобильных ПК стал стремительно расширяться, существенно обгоняя по темпам роста продажи настольных компьютеров. К тому же времени можно отнести перемену потребительского отношения к ноутбукам — люди перестали воспринимать их в качестве предметов технологической роскоши, в результате чего корпоративный сектор утратил свою безальтернативность для сбыта портативных ПК. Причем розничные покупатели все чаще приобретали ноутбуки не только для работы, но и для домашнего использования. Обратив внимание на зачатки спроса в этом направлении, производители оперативно начали разрабатывать новые модельные линейки. За возникшим классом продукции закрепилось название «бытовые портативные ПК».

Поначалу отличить невооруженным глазом бизнес-ориентированный ноутбук от домашнего было непросто, однако по мере изучения пользовательских потребностей и чаяний специфика нового производственного направления проявлялась все четче. Сегмент DTR (DeskTop Replacement, то есть «замена настольному компьютеру») пополнялся моделями, в которых собственно мобильность явно утрачивала приоритетное значение. В частности, размеры «бытовых» ноутбуков попирали неформальные стандарты. Дисплейные дюймы нарастили вплоть до девятнадцати [Уже появились и первые псевдомобильные «двадцатки». — Прим. ред.], а вес ноутбуков быстро перевалил за «классические» три кило. Изготовители перестали пренебрегать тактовой частотой и производительностью видеокарты, так как офисными приложениями и Интернетом потребности пользователей уже не ограничивались. Отмена табу на размер привела также к появлению в ноутбуках нормальных клавиатур — со свободным пространством между разными группами клавиш.

Традиционно значимые характеристики ноутбука перешли в разряд второстепенных. В первую очередь это относится ко времени автономной работы без подзарядки. DTR-ноутбуки находятся в непосредственной близости от розетки практически постоянно, а потому среди потенциальных пользователей немного желающих переплачивать несколько сотен долларов за пару дополнительных аккумуляторных часов. Такой компьютер в любом случае занимает гораздо меньше места, чем десктоп. По окончании работы «ноутбук-переросток» можно вовсе убрать со стола и перенести из одной комнаты в другую. Покрывать же с таким компьютером более значительные расстояния пользователи не собираются.

В то же время вендоры не забросили разработки по традиционному для ноутбуков вектору развития, где комфорт пользователя не должен обеспечиваться в ущерб портативности устройств. Люди по-прежнему хотят работать в самолетах, поездах, WiFi-кафе и т. д. При всей десктопной функциональности им не нужны тяжелые «чемоданы», которые целиком занимают поверхность небольших «походных» столиков и просто не умещаются на коленках. На продажи ноутбуков этой категории по-прежнему благотворно влияет минимализм начинки — все возможные функции инженеры выносят во внешние присоединяемые устройства. Никуда не исчезла и задача снижения толщины моделей. И если DTR-ноутбуки на рекламных полосах сфотографированы преимущественно анфас, то их «мобильных» сородичей показывают в профиль, дабы подчеркнуть slim-достижения (если, конечно, есть что показать).

Таким образом, рынок ноутбуков, когда-то «монолитный», три-четыре года назад разделился на два самостоятельных сегмента, у каждого из которых свои потребители, свои конкурентные факторы и свои поставщики комплектующих. В частности, в DTR-модели постепенно начали внедрять процессоры, аналогичные тем, что используются в десктопах. Хотя выпускались чипы и конкретно для DTR. Например, ставку на новый тип ноутбуков делала AMD со специальной версией Athlon 64. В то же время, как и прежде, «мобильная» ветка требовала максимальной производительности, ограниченной допустимым энергопотреблением и размерами. Здесь активнее работала Intel со своими Pentium-M и Celeron-M. В ответ на возросший интерес к портативным ПК была также разработана технология SpeedStep, повышающая производительность и снижающая энергопотребление мобильных процессоров.

Расширение рынка ноутбуков заметно снизило темпы роста продаж десктопов, а в некоторых регионах (США и Западная Европа в первую очередь) эти темпы и без того обеспечивались преимущественно заменой устаревшего оборудования. Несмотря на то что на долю портативных ПК к концу 2005 года приходилась лишь четверть всех поставок (по версии In-Stat), рост продаж данной продукции, выражаемый десятизначными числами, свидетельствует о неизбежном вытеснении десктопов с рынка в ближайшие пятнадцать лет. Согласно рыночному отчету Gartner, по итогам 2005 года продажи портативных ПК выросли на 17,4%, тогда как в настольном сегменте прирост составил лишь 6,1%. Уже к 2008 году аналитики предсказывают увеличение доли ноутбуков с 33% (данные In-Stat) до 50% (Gartner). Еще одна аналитическая компания — eTForecasts — полагает, что уже сейчас каждый второй ПК в мире — ноутбук или планшетный компьютер. Все та же eTForecasts отследила ситуацию с продажами настольных и портативных ПК начиная с 1990 года. Цифры получились красноречивые (см. диаграмму).

По скорости проникновения ноутбуков лидирует Европа, где соответствующие продажи в первом квартале 2005 года выросли на 20—25% по сравнению с тем же периодом прошлого года (у десктопов наблюдался 7-процентный рост). При этом, по данным компании Context, в 2005 году доля ноутбуков на германском рынке составила 55% от всех ПК, а в Италии — 60%. То есть портативные компьютеры в этих странах вскоре станут встречаться чаще, чем настольные. Хотя количественные оценки роста в аналитических отчетах часто разнятся, в указании причин европейской популярности ноутбуков рыночные исследователи едины. Движущим фактором продаж послужили беспрецедентно высокие темпы развития беспроводных технологий в странах Евросоюза, где число хот-спотов растет быстрее, чем где бы то ни было в мире.

Аналогичные тенденции, хоть и в менее головокружительных масштабах, наблюдаются на отечественном рынке. Переломным стал 2004 год, когда рост продаж ноутбуков достиг 100%. К концу 2005 года, по данным IDC, на долю портативных ПК приходилось около 20% объема российского рынка ПК.

Сказалось и существенное падение цен на ноутбуки. До 2001 года невозможно было представить портативный ПК по цене $1000 и ниже, а к 2003-му этому уже никто не удивлялся. За два года сформировался ценовой сегмент моделей до $1200. Дальше больше — вендоры стали стремительно наращивать объемы производства, одновременно снижая маржу чуть ли не до нулевой отметки. К настоящему времени небольшие компании уже с трудом выдерживают столь экстремальные условия работы. Одни просто уходят с рынка, другим везет больше, и их поглощают более крупные вендоры. Производство ноутбуков постепенно переходит в руки немногочисленной группы транснациональных корпораций, способных выжить в сложившейся ситуации.

Россия — не исключение. Вендоры тайваньского и корейского происхождения прилагают все больше усилий, дабы закрепиться на так называемых рынках БРИК (Бразилия, Россия, Индия, Китай). При этом используется отработанная схема конкурентной борьбы — вкладываются немалые деньги в производство моделей дешевого сегмента. В результате маржа всех участников рынка падает, а «интервенты» получают львиную долю рынка, выживая местных производителей.

В России два года назад отечественные сборщики поставляли 40—45% всех продаваемых в стране ноутбуков. Сейчас от такой расстановки сил не осталось и следа. Еще более угрожающей для отечественных вендоров ситуация становится в свете предстоящего вступления страны в ВТО, когда зарубежные производители смогут «развернуться» в России в полном объеме. Впрочем, потребителям все происходящее только на руку. Объем российских поставок портативных ПК в прошлом году вырос на 119%. А Acer за счет продаж ноутбуков смог в 2005-м выбиться в пятерку лидеров отечественного рынка ПК. В то же время у российских потребителей пока не пользуются спросом DTR-модели, цена которых частенько зашкаливает за $2000. Две трети продаж составляют относительно недорогие (до $1200) «мобильные» серии. Так что пока рано говорить о замене десктопу как об одном из значимых факторов роста продаж ноутбуков в России.