Изобретай. Мысли. Твори.

Существуют бактерии, которые реагируют на сравнительно небольшое изменение солнечной активности, узнают о глубинных процессах, происходящих в Солнце задолго до того, как астрофизические приборы зарегистрируют эти процессы. Открыл эти бактерии казанский врач-микробиолог С. Т. Вильховер, длительное время изучавший возбудителей дифтерита (коринебактерии). Проводя опыты с ними, он обнаружил, что за несколько дней до ярких вспышек или появления пятен на поверхности Солнца бактерии меняют свою окраску. Оказалось, что в подопытных бактериях имеются особые клеточные включения — волютиновые зерна, которые в периоды спокойного Солнца окрашены в синий цвет, а за семь дней до появления вспышек и пятен на Солнце становятся вдруг ярко-красными. Таким образом, бактерии как бы сигнализируют о возникновении мощных ядерных процессов, происходящих внутри Солнца. В итоге проведенных опытов С. Т. Вильховер построил в содружестве с А. Л. Чижевским (о его работах мы расскажем позднее) сверхчувствительный прибор, предсказывающий за неделю (!) вперед солнечные явления, опасные для человека на Земле и еще более — вне ее. Главной деталью прибора были бактерии, способные изменять свою окраску. К сожалению, этот замечательный прибор впоследствии был надолго забыт.

В настоящее время известно более тысячи растений и животных, способных помочь метеорологам довольно точно предсказывать погоду на короткие и длительные сроки. Проведя бионические исследования только с ними, можно выявить очень много полезных для инструментальной метеорологии механизмов и способов приема, анализа и запоминания многообразной синоптической информации. Эти механизмы заблаговременно сигнализируют живому организму об изменениях внешних условий, помогают ему к ним подготовиться. Их конструкция, высокая чувствительность датчиков, способы фильтрации сигналов, надежность и другие свойства заинтересовали биоников.

Не менее интересен для бионических исследований с этой точки зрения и человек — венец эволюции всего живого на Земле. В организме человека возник и усовершенствовался в ходе эволюции необыкновенно сложный приемник для восприятия большого количества раздражителей. Чисто биологические и бионические исследования последних лет достоверно показали, что раскрыты далеко еще не все возможности наших органов чувств. Вполне вероятно, что вокруг нас не так уж много явлений, которых ни око не видит, ни зуб неймет. Но надо умело разобраться в скрытых резервах всех сенсорных систем человека, досконально изучить структуру, функции, принципы их работы, установить, сколь избирательны, сколь чувствительны данные нам природой анализаторы. Добытые знания позволят пополнить арсенал современной метеорологической техники принципиально новыми бионическими автоматическими системами, способными собирать, анализировать и объективно оценивать все погодные факторы.

Природа неохотно расстается со своими метеорологическими тайнами. Вместе с тем прогнозировать погоду, несомненно, можно лучше, если изучить русский фольклор: ведь в нем содержится целый кодекс народных примет, связанных с поведением животных и растений при определенных погодных условиях. Вот что писал по этому поводу — еще в 1882 году — замечательный знаток сельского хозяйства и крестьянской жизни А. Н. Энгельгардт в своей книге «Из деревни»: «Часто, слыша мужицкие поговорки, пословицы, относящиеся до земледелия и скотоводства, я думаю, какой бы великолепный куре агрономии вышел, если бы кто-нибудь, практически изучавший хозяйство, взяв пословицы за темы для глав, написал бы к ним научные физико-физиолого-Хи-мические объяснения» (курсив наш.— И. Л.). Увы, этот мудрый совет, в основе которого лежит бионический подход к проблеме, так и не был осуществлен, хотя не секрет, что многие пользуются народными приметами и сейчас, даже предпочитая их порой прогнозам Гидрометцентра.

Народные приметы о погоде многочисленны и разнообразны. Ведь человечество училось читать книгу природы сначала по складам, а потом и бегло. Тысячелетия борьбы с силами стихий научили людей тонкостям наблюдения за животными и растениями, которые точно улавливают изменения различных метеофакторов. В народных приметах синтезирован огромный эмпирический материал.

Бионический подход к изучению каждой, проверенной веками народной приметы сулит многое. Прежде всего, изучив сами повторяющиеся метеорологические условия в определенные, часто весьма короткие отрезки времени (их называют узловыми точками погоды) и причины таких повторений, можно обнаружить новые явления и связи в деятельности земной атмосферы. С другой стороны, народные приметы могут, никак не ставя под сомнение прогнозы Всемирной службы погоды, помогать синоптикам в их нелегком труде при прогнозировании атмосферных ситуаций. Наконец, каждая верная примета погоды, полученная из многолетних наблюдений за поведением того или иного живого организма, — бесценное свидетельство того, что в безбрежном царстве флоры и фауны бионик может найти нужную ему по требуемым параметрам живую модель «метеорологического прибора», которую стоит скопировать и воспроизвести с помощью наличных технических средств. В бионике изобретать, творить — значит уметь искать и находить в природе такие биосистемы, которые значительно совершеннее, умнее, надежнее и экономичнее технических систем.

Однако все биологические системы, даже самые простые из них, чрезвычайно сложны. Биологические системы и процессы исследуют подчас на молекулярном уровне, а это необычайно трудно: требуется сложная и дорогая аппаратура, много времени, нужно глубокое знание смежных наук. Еще труднее (а зачастую, при всех современных достижениях науки и техники, и вовсе невозможно) создать по образу и подобию живой орироды пригодные для эксплуатации инженерные системы, приборы, механизмы. Но не отказываться же от такой задачи только потому, что она трудна! У биоников сегодня есть мощное оружие — использование модели, весьма эффективный метод исследования — имитация функций живых биомеханизмов.

Наиболее широко в бионике применяется математическое и физическое моделирование. Они общеизвестны. Построив модель, можно подвергать ее любым раздражениям. При этом экспериментальная модель ведет себя почти как реальная система и, разумеется, обнаруживает реакции, знакомые нам по поведению копируемой системы. Это и есть имитация. Но экспериментатор может отвлечься от известных реакций и проверить, как модель реагирует на новый раздражитель. Исходя из полученной реакции, можно составить план новых экспериментов и провести их уже на реальной, живой системе.

Иногда бывает, что неточная, даже неверная модель может принести больше пользы, нежели совершенно точная копия исследуемого биообъекта. Это не шутка. Несовершенная модель не дает ожидаемых результатов, и в поисках ошибки бионики часто узнают об изучаемой системе гораздо больше, чем если бы в эксперименте все шло гладко с самого начала.

Нередко в бионике пользуются естественными (живыми) моделями. Такой метод исследования биосистемы называется обратным моделированием. Обычно к нему прибегают при изучении какой-нибудь очень сложной биологической функции организма, например, нашей нервной системы. Как известно, она состоит из чрезвычайно тонких волокон, измеряемых десятитысячными долями миллиметра. Исследовать сложные процессы, протекающие в этих тончайших волокнах, очень трудно. Но можно воспользоваться нервами кальмара. У этого животного некоторые нервные волокна достигают почти миллиметра в диаметре. Эти гигантские волокна идут к мышцам, сокращающим сумку, при помощи которой кальмар движется реактивным способом, подобно ракете. В такие нервные волокна можно вводить миниатюрные электроды и даже брать пробы содержимого при помощи крошечных пипеток. Вполне естественно предположить, что нервы человека и кальмара в основном действуют одинаково. Поэтому то, что мы узнаем о нервных клетках кальмаров, будет в целом верно и по отношению к человеку.