Космические саморепликаторы

[crazy_terraformer]

Лучшая среда для репликатора — это планета с жизнью, очень желательно чтобы там была кислородная атмосфера. Под репликатором я понимаю в данном случае полусинтетический организм, имеющий генетический код, содержащий стабильные участки(при необратимом случайном повреждении оных клетка(организм) гибнет) и не стабильные(при повреждении их клетка(организм) гибнет, либо эволюционирует).
Первичный репликатор — одноклеточный экстремал типа архей или протистов, образующий колонии и биоматы, либо спора гриба. В зависимости от доступности источника энергии и питательных веществ — хемосинтетик, фотосинтетик, гетеротроф(растительноядное, хищник или детритофаг)
Стабильные участки содержат некие комплексы генов(сжатый архив геномов различных Царств, Типов, Семейств, Классов, Родов), срабатывающие на определенные изменения в окружающей среде, реакция материнской клетки(материнского организма) приводит к изменению фенотипа у одних дочерних особей и редукции генома в стабильных участках у всех дочерних особей. Особи с материнским фенотипом остаются в материнской экологической нише, а с изменённым фенотипом занимают другую экологическую нишу.
В итоге чужая полусинтетическая жизнь быстро колонизирует планету, занимая пустые экологические ниши и активно конкурируя с аборигенными видами за заполненные.  Она формирует биосферу(состав атмосферы, почвы, видовой состав биоценозов) пригодную для жизни и колонизации планеты разумным существом.

плод растения (это же запас питательных веществ на первое время для прорастания семени).

Ни хрена!
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BB%D0%BE%D0%B4

Плод (лат. fructus, греч. καρπός) — конечный этап развития цветка, видоизменённого в процессе двойного оплодотворения; генеративный орган покрытосеменных растений, который служит для формирования, защиты и распространения заключённых в нём семян.

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%B5%D0%BC%D1%8F

Эндосперм — ткань, содержащаяся внутри семени, обычно окружающая зародыш и снабжающая его питательными веществами в ходе развития.

[Инопланетянин]

В вакууме - разумеется нет. Но под плёнкой и на субстрате из разлагаемого полимера с примесями необходимых солей - почему бы и нет?..

Просто фраза насчёт плесени в ядерном реакторе и на поверхности МКС как-то странно составлена. Как будто плесени в вакууме на МКС ничуть не хуже, чем в радиоактивном реакторе. И это в контексте преимуществ враждебной среды перед её полным отсутствием.

[Rattus]

Любопытно, а каков минимальный размер саморепликатора?

Порядка предела разрешения светового микроскопа (1/5-1/4 мкм). Ну и дальше сразу возникает главный вопрос: а для какого состава среды требуется реализация функции авторепликации?

3. Ему нужен разум. Или высокоразвитый инстинкт, не отличимый от разума.
Жуть?

Вот этот пункт - действительно жуть - прежде всего для перспектив самого репликатора. Чёрт бы с ними с остальными параметрами - физический масштаб - это в первом приближении просто условия техзадания - была бы только среда подходящая. Но если минимальная ступенька порога Эйгена НАСТОЛЬКО высока, то система получается КРАЙНЕ хрупкой и привередливой. А прямо говоря - маложизнеспособной.

Просто фраза насчёт плесени в ядерном реакторе и на поверхности МКС как-то странно составлена.

Излишне мягко и куцовато, пожалуй.

[Иван Моисеев]

1. Полноценные саморепликатор в космосе, который замкнулся полностью (по всем потребным ему редким ресурсам) не может быть маленьким. Это должен быть некий машинный "город". Система городов (возможно разбросанная по звездной системе на разных небесных телах, добывая на каждом всю сумму необходимых ресурсов). То есть это миллионы и миллионы тонн машин. Поэтому ему просто противопоказано быть "нано". Лучше макро. Хотя не исключаю что в начальной стадии он будет микро.

2. Яйцо -зародишь должно быть достаточно большим. Сотни, если не тысячи тонн бесценных ресурсов. И это еще очень оптимистично-мало.

3. Ему нужен разум. Или высокоразвитый инстинкт, не отличимый от разума.

Втолкуйте эти несомненно высоконаучные соображения Prasinophytes - 0,8 мкм.

[gans2]

каков минимальный размер саморепликатора?

Половина полуострова Корея.
Для каждого размера воспроизводящейся единицы будет свой размер репликатора и свой уровень управления. Нанорепликаторы смогли стать саморепликаторами. А когда размер реплицирующегося сегмента увеличивается, лезут всякие тонкости.

[gans2]

Втолкуйте эти несомненно высоконаучные соображения Prasinophytes - 0,8 мкм.

Он не может существовать вне той среды в которой он доэволюционировал. И еще он нанорепликатор. У него степеней свободы системы на много порядков меньше, чем у Северной Кореи.

[Иван Моисеев]

Втолкуйте эти несомненно высоконаучные соображения Prasinophytes - 0,8 мкм.

Он не может существовать вне той среды в которой он доэволюционировал. И еще он нанорепликатор. У него степеней свободы системы на много порядков меньше, чем у Северной Кореи.

Для любого репликатора нужда какая-то среда. А история его трудной жизни/эволюции - это иной вопрос. И про степени свободы ничего в ТЗ не было.

[loky1109]

3. Ему нужен разум. Или высокоразвитый инстинкт, не отличимый от разума.

Зачем?

[EmperioAf]

3. Ему нужен разум. Или высокоразвитый инстинкт, не отличимый от разума.

Зачем?

Для осуществления деятельности, направленной на адаптацию в будущем

[loky1109]

3. Ему нужен разум. Или высокоразвитый инстинкт, не отличимый от разума.

Зачем?

Для осуществления деятельности, направленной на адаптацию в будущем

Разум для этого не нужен. Подавляющее большинство живых существ прекрасно обходится без.

[gans2]

Я и говорю - редкие птицы.

https://litmarket.ru/reader/osvoenie-solnechnoy-logistika-budushchego
 300 колоний О-Нила поверхностей земного шара в габаритах колонии О-Нила. только из околоземных тел открытых на сейчас.

[cybertron]

каков минимальный размер саморепликатора?

Половина полуострова Корея.

Выкиньте оттуда производство военной техники и легковых автомобилей. И заодно все что идет на экспорт. И стиральные машины тоже. Станки для производства стиральных машин оставьте.

[Иван Моисеев]

Я и говорю - редкие птицы.

https://litmarket.ru/reader/osvoenie-solnechnoy-logistika-budushchego
 300 колоний О-Нила поверхностей земного шара в габаритах колонии О-Нила. только из околоземных тел открытых на сейчас.

Юпитер тоже имеет большую поверхность. А толку что?
Вы можете нарисовать эскиз строительства подземной колонии на астероиде и равную по объему колонии по О"Нелли и сравнить затраты.
Если возникнут затруднения, вы можете взять уже готовую и, соответственно, известную МКС и сравнить затраты не ее строительство и эксплуатацию с соответствующими затратами по строительству на астероиде жилья того же объема.

[Инопланетянин]

3. Ему нужен разум. Или высокоразвитый инстинкт, не отличимый от разума.

Зачем?

Для осуществления деятельности, направленной на адаптацию в будущем

Разум для этого не нужен. Подавляющее большинство живых существ прекрасно обходится без.

Технорепликатор не обойдётся. Скорость размножение половины Кореи или целой Британии такова, что приспосабливаться придётся быстрее возможной смены поколений. Тут на мутациях не выедешь, без разумного планирования и осознанной разработки никуда. Так что, увы и ах.

[Rattus]

саморепликатор может быть и не биологическим, а техническим.

Если обратиться к прогрессу технологий небиогенного синтеза на молекулярном уровне за последние полвека (скажем, с начала промышленного производства арамидных полимеров и установления генетического кода) - то тенденция вырисовывается не особенно обнадёживающая:
 
  Например в наиболее актуальной и быстроразвивающейся области изучения (диагностики) и конструирования самих биомолекулярных систем: хотя сами короткие цепи ДНК нужной последовательности (олигонуклеотиды) методами чисто химического синтеза освоили достаточно давно и легко получают сейчас, задача прочтения более-менее длинных природных последовательностей ДНК оказалось существенно более нетривиальной задачей (таких парадоксов достаточно в микромире для новичка): изначально было предложено два метода секвенирования: один - чисто химической деградации по Максаму-Гилберту и наращиванием цепи с использованием природного белка - ДНК-полимеразы до обрыва по Сэнгеру. После некоторой доработки второй метод получил тотальное распространение из-за существенно большей доступности и масштабируемости. Дальше также найденные в природе ДНК-полимеразы термофильных бактерий дали второй метод, обеспечивший свершение геномной революции в биологии - полимеразную цепную реакцию.

  Всё это принципиально было освоено к началу 90-х годов, когда выходило первое издание книги Эрика Дрекслера "Наносистемы..." с некоторыми техническими деталями чаемого грядущего. Вот наглядная стартовая точка, с которой можно начать отсчёт гонки природных "лошадок" биотеха и "стальных коней" небиогенных наносистем. И что же мы видим за прошедшие с того момента почти 30(!) лет? Прежде всего - мощнейшее развитие тех же технологий секвенирования - второго поколения, удешевлявших получение результата в нулевые даже быстрее пресловутого "закона Мура". В последнем десятилетии также появились и окрепли технологии теперь уже третьего поколения секвенирования - и теперь в ключевой своей части они приобрели наконец форму, похожую на ту, что грезилась энтузиастам нанотехнологий - нанопоровое секвенирование: цепь ДНК протягивается через наноканал в мембране и по изменению заряда определяется её последовательность. И мембрану кажется можно заменить кристаллическими синтетическими подложками из нитрида кремния, оксида титана или графена. Прекрасно! Но давайте посмотрим - а из чего собственно делаются сами поры? Да из чуть модифицированных природных же белков! И вот эти каналы заменить на молекулярный аналог небиологического происхождения за прошедшие годы исследований пока так и не удаётся - они всё ещё не обладают надлежащей химической специфичностью: "Solid-state nanopores currently lack the chemical specificity of protein nanopores."

  Тут можно задаться ещё таким вопросом: а можно ли хотя бы полностью искусственно синтезировать сами белки, применяемые в таких системах? Ведь пептидные цепочки заданной последовательности современная химия также умеет синтезировать. Проблема долгое время была прежде всего в максимально доступной длине таких цепочек: гибридная технология синтеза длинных пептидов позволяла получать полипептиды длиной до 169 аминокислотных звеньев, а зрелая форма субъединицы микобактериального порина MspA составляет 184 АК; рекорд длинны полипептида, полученного методом нативного химического лигирования довольно долгое время составлял 203 АК и представлял собой довольно специфичный "ковалентный димер" (т.е. удвоенную молекулу), тогда как два других применяемых белка нанопор - субъединица стафилококкового альфа-гемолизина, равно как и коннекторного белка бацильного фага 29 имеют длину 293 АК (кстати: субъединицы первого самосборкой формируют пору в количестве 7 штук (гептамер) - кто вспомнит семигранную гайку Стругацких как критерий однозначной искусственности? ). Только спустя 7 и 10 лет наконец удалось синтезировать полноценные работающие ферменты длиной 312 и 358 АК (причём оба возможных зеркальных варианта), но у большинства обычных - многофункциональных и специфичных ДНК-полимераз ключевой фрагмент начинается от ~610 АК. И всё это - свободноплавающие, "растворимые" белки, тогда как синтез-сборка высокогидрофобных мембранных, коими являются все порообразующие структуры - заметно более трудная задача, и на сегодня рекорд синтеза таких белков составляет 133 АК.

  В прикладной области картина зачастую оказывается менее оптимистична: эти методы пока не вышли за пределы мелкосерийного лабораторного изготовления для научных же исследований, а многие даже низкомолекулярные соединения - типа старого доброго антибиотика тетрациклина - оказывается на порядки проще и дешевле получать из прирученного природного источника (в биореакторе), чем синтезировать чисто химическими методами.

  И на уровне макроматериалов картина местами похожая: те же синтетические полиамиды, как уже отмечал раньше, по прочности обошёл природный белок паутины фиброин, и в большом строительстве c 90-х годов всё более широко используются композиты на основе натуральной древесины - CLT, причём не только и не столько по "экологическим" соображениям, сколько соотношению технических и экономических качеств, даже не смотря на то, что цельная древесина за прошедшие десятилетия не стала более дешёвым материалом. Да что говорить - даже для всей взрывчатки на основе нитроцеллюлозы оная целлюлоза получалась и получается из растительного сырья, выращивание и сборка которого - было и остаётся весьма ресурсо- и трудозатратным процессом, не смотря на всю механизацию! Также не снижается производство и применение льняного и конопляного волокон, а про возможные перспективы рапсового биодизеля после исчерпания ископаемых жидких углеводородов уже и не пишу.

  В итоге картина прогресса в этих областях технологии - считавшихся первейшим полем работ для нанотехнологий - оказывается достаточно парадоксальной: за прошедшие полвека "стальному коню" нередко предпочитается "природная лошадка", на которую только надо подобрать соответствующую сбрую. И для техноэнтузиастов можно предложить несколько вполне конкретных показательных критериев первых побед в соревновании "техно- vs био-" на наноуровне:
1. Появится в серийном исполнении полностью твердотельное нанопоровое секвенирование ДНК и сравняется в распространенности с белковопоровым.
2. Появятся серийно-применимые методы химического синтеза-сборки любых существующих мембранных порообразующих белков длиной свыше 183 или свободных ферментов свыше 610 аминокислотных звеньев практически любой последовательности.
С учётом того,  что и биологическая наука теперь выдаёт не так много сюрпризов, критерии эти можно считать достаточно стабильными и потому только при достижении хотя бы одного из этих пунктов можно считать, что у нанотехноэнтузиазма будут реальные основания для некоторого оптимизма.

[Проходящий Кот]

Прикалываетесь?
Просто даже если сейчас развивается биосаморепликация, как технология, последующее введение туда других элементов в значимых колличествах не исключено.

[Rattus]

Да вводите сколько угодно! С самого палеолита вводят!
Речь-то только о том, что в целом ряде инструментов хайтеха критические узлы остаются по сути природного происхождения.
А значит все эти инструменты в целом имеют ограничения, определяемые в т.ч. свойствами этих узлов. И за прошедшие полвека таких узлов становится не меньше, а кое-где даже больше.
Если те же нанопоровые секвенаторы сделать полностью твердотельными, то картридж-расходник в них будет и надёжнее и возможно даже многоразовее. Наноинженеры над этим уже несколько лет бьются, но дырки, пробиваемые лазером в кристаллических матрицах, просто не обладают сами по себе нужной химической специфичностью и даже по точности пока несколько проигрывают белковым каналам (нанометры vs ангстремы). И реально работающих альтернатив всё нет как нет...

[Проходящий Кот]

Так вопрос в том, а нужна ли везде предельная технология.
В большенстве случаев можно ограничится не предельной технологией.

[Rattus]

Но задача того же межзвёздного перелёта требует в разы и порядки например множества более надёжных машин и механизмов, чем есть сегодня, в т.ч. микро-...
Реальные пределы и современное состояние техники знать всяко полезно.

P.S. Предыдущее сообщение-миниобзор существенно обновлено в соответствии с современными данными.

P.P.S. Вот ещё свежее познавательное интервью с химиком про двухмерные материалы - максены.

[EmperioAf]

Но задача того же межзвёздного перелёта требует в разы и порядки например множества более надёжных машин и механизмов, чем есть сегодня, в т.ч. микро-...

Ну то есть проще брать задачу межзвёздного перелёта масштабом, и лететь на астероиде в десятки километров в поперечнике, чтобы не было серьёзных проблем с рециклингом необходимого