Растут ли темпы инноваций
Как устроены научно-технологические циклы, ускорились ли они и когда нам ждать, что прорывные инновации изменят мир
В январе 2022 года появилась информация, что компания Neuralink, которая занимается разработкой технологий для интерфейса мозг — компьютер, ищет директора по клиническим испытаниям. Это косвенно подтверждает близость осуществления первоначальной цели компании — вживления чипа в мозг человека. С начала второй волны исследований нейроинтерфейсов прошло всего двадцать лет.
Коммерческий прототип солнечных батарей на основе технологии гибридных перовскитов от компании Oxford PV, как было объявлено, может выйти уже в этом году. От первого лабораторного использования перовскитов в солнечной энергетике до возможного выхода на рынок прошло всего тринадцать лет.
От научной публикации Дженнифер Даудны и Эммануэль Шарпантье, удостоенной Нобелевской премии, о системе редактирования генома CRISPR/Cas9 («молекулярные ножницы») до ее первого применения в клинических испытаниях прошло всего девять лет.
До сих пор считалось, что технологические инновации проходят цикл от изобретения до выхода на рынок по меньшей мере за тридцать лет, а до широкой коммерциализации — от четырех-пяти десятилетий. Например, согласно исследованию, опубликованному в международном издании Energy Policy, для четырех технологий производства электроэнергии (ядерная энергетика, комбинированные парогазовые турбины, ветряная энергетика и фотовольтаика) среднее время от изобретения до широкой коммерциализации составило сорок три года.
Если перечисленные в начале статьи технологии действительно вскоре найдут свой рынок (и этим довольно радикально изменят нашу жизнь), то либо они исключения из правил, хайповые везунчики, либо технологические циклы в целом ускорились. Если верно второе, то какими силами они наращивают скорость? Рассмотрим механику созревания современных инноваций подробнее.
Деление на три
Согласно одному из подходов, есть три основные стадии созревания инновации до выхода на рынок: научное открытие, изобретение и технологическая разработка (инженерия). Научное открытие — это новое понимание того, как устроен мир, поиск основополагающих истин. Вокруг научного открытия строятся изобретения — процесс создания новых продуктов, включающих в себя применение научного открытия. Технологические инновации, или инженерия, — это сочетание научных открытий и изобретений, коктейль из существующих компонентов, который оказывается полезнее, чем сумма слагаемых, конкретной вещью. Так, без открытия Франсиско Мохика не было бы «генетических ножниц». В 1993 году Мохика обнаружил своеобразные повторяющиеся последовательности в ДНК бактерии Haloferax, к 2005 году выдвинул гипотезу, что обнаруженные последовательности — часть иммунной системы микробов, и придумал аббревиатуру, получившую Нобелевскую премию (CRISPR — сокращение от Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats — кластеризованные регулярные короткие палиндромные повторы). Это была еще чистая наука, было интересно узнать, зачем бактериям держать в геноме такие странные тексты — повторяющиеся палиндромы.
В 2010 году Сильвен Муану показал, что фермент, известный как CRISPRассоциированный белок 9 (Cas9), умеет разрезать ДНК точно в нужном месте. А это уже запахло не просто изучением удивительной жизни бактерий, а технологией. Нет ничего важнее для генной инженерии, чем уметь разрезать и склеивать тексты ДНК в нужном месте, именно так правят гены.
В 2011 году Эммануэль Шарпантье открыла последний ключевой компонент системы CRISPR — молекулу РНК, которая участвует в распознавании специфических последовательностей генов, в которых будет разрез. За год сотрудничества Шарпантье с Дженнифер Даудной дуэт ученых выделил компоненты системы CRISPR/Cas9, адаптировал их для работы в пробирке и показал, что генетические ножницы могут быть запрограммированы на вырезание специфических участков в ДНК. В 2013 году параллельно друг с другом команда Фэн Чжана и Джорджа Черча модифицировали систему CRISPR/Cas9 для работы в клетках млекопитающих, распахнув двери для моделирования и потенциального лечения заболеваний человека. И грянула золотая лихорадка: исследователи использовали CRISPR/Cas9 для разработки ГМО-сельскохозяйственных культур, насекомых, генетических моделей заболеваний и экспериментальных методов лечения человека. Проводятся клинические испытания этой методики для лечения анемии, наследственной слепоты и рака.
Если пытаться разложить технологию CRISPR/Cas9 в троичную систему «открытие — изобретение — технология», хотя и с несколько размытыми границами, то работы Мохика, Муану, Даудны и Шарпантье — это научные открытия. Работы Черча и Чжана, как писал сам Черч в журнале Nature, — изобретение, а конкретные генетические препараты — это технологические инновации.
Почти любую многообещающую технологию можно разложить на три знаменателя. Шумный проект нейроинтерфейса Neuralink от Илона Маска — инженерия, эффективная пересборка существующих технологий. Но до Маска были десятилетия изобретений и открытий.
Эдмонд Деван в 1967 году в Кембридже провел серию экспериментов, в ходе которых люди, подключенные к аппаратуре электроэнцефалограммы, учились контролировать амплитуду мозгового альфа-ритма. Жак Видаль впервые изложил идеи коммуникации между человеком и машиной и описал лабораторию по анализу сигнала энцефалограммы для таких целей.
«Методика, позволяющая уловить намерение человеческого мозга ввести ту или иную букву, была изобретена еще в конце 1980-х. С помощью чипа в голове люди и обезьяны играли в мяч в компьютерной игре, управляли роботизированными руками и экзоскелетами. А до этого был целый век открытий: обнаружение электрической активности мозга и причин ее возникновения, исследование анатомии мозга, обработки внешних сигналов и так далее, — говорит Михаил Лебедев, профессор Центра нейробиологии и нейрореабилитации Сколтеха имени В. Зельмана. — Научный цикл нейроинтерфейсов имел две волны исследований: это 1970-е годы прошлого века (но тогда эту технологию не удалось развить из-за недостаточной силы электроники, вычислительных систем и знаний), вторая волна накатила примерно с 2000-х».
И это, очевидно, синхронизировано с развитием технологий искусственного интеллекта, который тоже переживал две волны научно-изобретательного интереса — в 1950–1970 годы и с 2000-х. В первой волне были накоплены принципиальные решения, а вторую подстегнул прогресс в связанных сферах — производительности компьютеров и накоплению больших оцифрованных данных. Вообще, цикл «открытие — изобретение — технология» слишком абстрактный, реальность всегда чуть сложнее. Солнечные элементы на основе гибридных перовскитов — одна из самых «горячих» тем современной химии и материаловедения — свой этап открытия прошли в составе другой технологии, послужившей им колыбелью, и впервые возникли в результате попыток улучшить солнечные элементы предыдущего поколения, так называемые ячейки Гретцеля.
Ячейки Гретцеля — тип солнечных элементов, открытый Михаэлем Гретцелем в 1991 году, — используют принцип, похожий на фотосинтез: поглощение квантов света молекулами органического красителя и последующее протекание окислительно-восстановительных реакций на границах разделов различных фаз. В 1990-х ячейки Гретцеля были открытием, прорывом. Технология солнечных элементов, альтернативная кремниевой, но полупрозрачная, с КПД до 10%, довольно скоро, однако, вышедшая на плато увеличения эффективности, так и не догнав кремний. В 2009 году японский ученый Акихиро Кодзима попытался повысить эффективность ячейки Гретцеля, заменив органический краситель на гибридный перовскит (класс искусственных веществ, известный с 1970-х, с особым строением и уникальным набором физико-химических свойств: гибридные перовскиты легко синтезируются, очень хорошо поглощают видимый свет и проводят электрический ток). И это было первое использование перовскитов в прототипе солнечной батареи — изобретение.
Первый лабораторный перовскитный солнечный элемент с эффективностью 3,8%, который описал Кодзима, — сочетание прорывной технологии, появившейся в 1990-х, с материалом, известным в 1970-х. Это скорее «изобретение» или «технологическое совершенствование». Дальнейший путь гибридных перовскитов — от повышения КПД до создания прототипов тандемных устройств с кремнием, по словам Алексея Тарасова, заведующего лабораторией новых материалов для солнечной энергетики факультета наук о материалах МГУ им. М. В. Ломоносова, был осилен международным научным сообществом «последовательными небольшими шагами по широкому фронту исследований», которые привели к интересным результатам.
На этих примерах понятно, что триада «открытие — изобретение — технология» работает с некоторыми поправками на нелинейность процесса и размытость границ. Когда открытия совершены, а изобретения выстроены, высокотехнологичный продукт подбирается ближе к рынку. Но путь его лежит через «долину смерти».
Морская свинка в долине смерти
«Долиной смерти» в применении к инновациям прозвали яму финансирования, которая возникает на этапе «трансляционных исследований» (перенос знаний, полученных в лаборатории, в сферу применения) и на ранних стадиях клинических исследований лекарств. Но долина смерти может встать на пути почти любого научного прорыва.
Чаще всего долины смерти в инновационной сфере объясняют разрывом финансирования — между преимущественно государственным и некоммерческим финансированием науки и коммерческими инвестициями. Государственное и иное некоммерческое финансирование обычно заканчивается на стадии изобретения, лабораторной разработки, когда фундаментальные вопросы решены, но при этом еще непонятно, какую практическую, рыночную потребность закрывает это изобретение, до того, как лабораторная разработка точно попала в какой-то запрос, до возникновения продукта.
Частные компании, как правило, подключаются позже: они готовы вложить значительные средства в масштабирование технологии для коммерческого внедрения, как только новый продукт создан, а его работоспособность и бизнес-модели продемонстрированы. Однако в промежутке технология становится «морской свинкой»: недостаточно фундаментальная, чтобы получать государственное финансирование, но и недостаточно доказавшая свою коммерческую состоятельность. В результате ни одна из сторон не обеспечивает минимальный уровень инвестиций, и потому проекты замедляются, останавливаются и, бывает, вымирают.
Но есть и счастливые исключения, когда новая технология применима и в лабораторной, научной практике, и в коммерции, как произошло с CRISPR/ Cas9. В лабораториях CRISPR/Cas9 можно использовать для создания моделей генетических заболеваний человека, например муковисцидоза или гемофилии, создавать так называемые гуманизированные, то есть похожие на человека, исследовательские модели. Например, в Институте цитологии и генетики Сибирского отделения РАН с помощью CRISPR/ Cas9 сделали трансгенных мышей, у которых рецептор ACE2, через который коронавирус проникает в клетку, стал похож на человеческий. В то же время эта технология редактирования ДНК привлекла миллионы долларов от таких гигантов, как AstraZeneca, DuPont, Novartis. В марте 2020 года Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) США приняло заявку на исследование нового препарата для терапии серповидноклеточной анемии на основе CRISPR/ Cas9, поданную Novartis. Предыдущий проект Novartis — противораковый препарат Kymriah на основе РНК , который только за 2019 год принес производителю 182 млн долларов.
В генной инженерии и вообще в современной биологии разрыв между лабораторной технологией и промышленной не очень велик с точки зрения компетенций. Опытный образец делается в лаборатории, не на заводе, дальше стоит только проблема масштабирования, что сокращает время внедрения, как мы видели по ускоренному запуску производства вакцин против коронавируса. Современная практика заставляет усомниться в том, что советская схема организации инноваций, жестко разделявшая фундаментальную и прикладную науку, инженерию и производство, и здорово сработавшая на спутнике и атомной бомбе, все еще эффективна. Современный биолог не раздражается, когда ему надо переключиться с фундаментального вопроса об устройстве иммунитета у бактерий на технологию редактирования генома. Напротив, современный ученый вдохновляется возможностью резко продвинуть вперед медицину, изменить мир и природу человека (см. «Поколение генетически неуязвимых», «Эксперт» № 36 за 2021 год). В том числе это касается и российских ученых, в основном тех, у кого есть опыт работы на Западе, где автор открытия имеет шанс быстро стать основателем инновационной компании со своим патентом и мультимиллионером.
Перенос точки стартапа внутрь лабораторий становится общим трендом в науке. В фундаментальные исследования сейчас зачастую изначально закладывается возможность коммерциализации будущего открытия. «Поставьте инновации в центр научных открытий» — так озаглавлена колонка в Nature: «Вероятность успеха могла бы стать выше, если бы мы, ученые, могли узнать, как внедрять инновации».
Долину смерти, похоже, миновали и нейроинтерфейсы. Михаил Лебедев говорит, что за все время работы в сфере интерфейсов «мозг — компьютер» он ни разу не сталкивался с дефицитом грантового финансирования. А частная компания Neuralink, по данным стартаптрекера Crunchbase, привлекла 363 млн долларов инвестиций, даже не имея готового образа финального продукта и его ниши на рынке. В презентациях продукта встречаются заявления об использовании устройства и для помощи парализованным людям с простыми задачами, и для изучения с помощью микрочипа природы неврологических заболеваний.
Вероятно, в данном случае долина смерти мельчает, потому что в структуре финансирования в мире произошли изменения, начали вкладываться не в готовый бизнес-план, а в исследование технологий, не имеющих «рабочей стратегии», если за ними стоят хайп, мода, вера в будущее, что, конечно, в очень малой степени относится к России.
Природа этого спроса — в больших государственных проектах, например в борьбе с болезнями или в курсе на альтернативную энергетику. В 2019 году на развитие альтернативной энергетики мир потратил 219,2 млрд долларов, причем только Китай вложил около 83,4 млрд, Япония и США заняли второе и третье места — 55,5 млрд и 16,5 млрд соответственно. А за государственным видением идет рынок. Весной 2019-го Oxford PV, компания, занимающаяся разработкой гибридных панелей из кремния и перовскита, привлекла инвестиции в размере 39 млн долларов от различных компаний, включая китайского гиганта по производству ветряных турбин Goldwind.
«Мой научный руководитель, еще заставший самый пик бума сверхпроводимости, точно заметил, что в случае с гибридными перовскитами он впервые наблюдает такую скорость и нацеленность именно на коммерциализацию высокотехнологичного продукта, — рассказывает Алексей Тарасов. — В то же время изначально прикладная сфера разработки солнечных элементов на основе гибридных перовскитов сейчас постепенно разделяется на более прикладные, отчасти даже инженерные работы и фундаментальные исследо-вания. Фундаментальные работы пытаются ответить на вопрос, почему гибридные перовскиты оказались такими “особенными”, какая тонкая химия и физика лежит в основе их уникальных свойств и есть ли рядом с ними другие, неизвестные пока группы химических соединений, которые могут стать завтрашними звездами. Прикладное направление нацелено на скрупулезную доработку уже полученных результатов и усовершенствование таких параметров материалов и устройств, как эффективность, устойчивость, воспроизводимость».
То есть с перовскитами мы видим бум научной моды и финансирования, который вовсе не имел гарантии успеха. Сделано много интересных работ, но кремниевая технология пока устояла. Некоторые компании уже ушли с рынка звездного материала фотоэнергетики. Fujifilm — третий по величине обладатель патентов на перовскитные солнечные батареи, но, по сообщениям пресссекретаря компании Сохэй Кавасаки, после проведения фундаментальных исследований перовскитных солнечных элементов компания больше не разрабатывает ни элементы, ни материалы. Австралийская компания Greatcell Solar не смогла привлечь достаточно инвестиций для строительства опытного объекта на основе имеющихся разработок, несмотря на то что установила партнерские отношения с одним из крупнейших в мире производителей кремниевых солнечных панелей JinkoSolar.
Иногда перспективные идеи все же соскальзывают одной ногой в долину смерти.
Лучше, чем «Битлз»
Вопрос финансирования и коммерческого успеха часто связан с тем, насколько лучше оказывается новая технология, чем обосновавшаяся на рынке классика. Не так просто быть лучше, чем «Битлз».
До CRISPR/Cas9 развивались другие подходы к редактированию генома. С 1970-х годов для этого используют ферменты рестриктазы. Но в больших геномах типа человеческого их очень сложно нацелить в определенное место, а значит, рестриктазы просто искрошат весь геном. ДНК-кусачки, которые способны сделать разрез в конкретном месте, тоже существовали — это TALEN-белки и белки с так называемыми цинковыми пальцами.
«Другие высокотехнологичные генетические ножницы требовали работы с белками. И потому под каждую задачу эти системы довольно долго и нудно «допиливали», меняли структуру. Они были для избранных единиц, готовых на существенные финансовые и временные вложения, — говорит Нариман Баттулин, заведующий лабораторией генетики развития Института цитологии и генетики Сибирского отделения РАН. — Технология CRISPR/Cas9 показала, что редактировать ДНК можно проще, быстрее и раз в десять дешевле. CRISPR легко меняется под любую задачу. Можно заказать нужные реактивы и через неделю приступить к экспериментам».
CRISPR сразу оказался лучше, чем «Битлз», по крайней мере в лаборатории.
Нейроинтерфейсам предстоит выйти на новый и пока существующий в основном в футуристических фантазиях и страшилках рынок, и тягаться им не с кем. Сейчас нейроинтерфейсы (в том числе те, что разрабатываются в России) находят применение в лечении нервной и двигательной систем, в том числе в помощи частично или полностью парализованным, для того чтобы они могли совершать действия во внешнем мире, управлять компьютером и экзоскелетом. Но в будущем, вероятно, вместо кликов и свайпов, нейроинтерфейсы предложат нам: «Чтобы открыть программу, дважды подумайте об иконке». Но зачем это и как это создаст новую базовую человеческую потребность и новый глобальный рынок, пока неясно.
«Мы уже срослись с компьютерами, с телефонами. В будущем нас не ждет ничего принципиально иного в общении с техникой по сравнению с тем, что уже есть. Просто сейчас мы используем другие каналы: зрение, слух, пальцы. Перехода на нейроинтерфейс не происходит только потому, что пока эта технология работает гораздо хуже, чем в норме наши руки», — объясняет Михаил Лебедев.
Что касается солнечных элементов на гибридных перовскитах, то до недавнего времени даже самые ярые их сторонники сомневались, смогут ли они конкурировать или сосуществовать с кремниевыми солнечными панелями, занимающими 95% рынка. Да, перовскитные солнечные элементы потенциально дешевле в изготовлении, а в 2021 году эффективность лабораторных образцов возросла до 25,7%, что близко к лабораторному рекорду кремния — 26,7%. Но у них есть некоторые сложности с устойчивостью. Смогут ли они прослужить так же долго, как кремниевые панели, с гарантией в четверть века? Большинство стартапов в этой области сообщают, что следуют стандарту сертификации, установленному для кремниевых солнечных панелей Международной электротехнической комиссией в Женеве. Этот стандарт, известный как IEC 61215, предусматривает испытания в помещениях, при которых модули нагреваются до 85 °C в течение 1000 часов при относительной влажности 85%. Панели также подвергаются циклическому перепаду температур от −40 °C до +90 °C до 100 раз и даже бомбардировке градом. Перовскитные модули Microquanta и тандемные модули Oxford PV прошли испытания на уровне IEC 61215. Означает ли это, что они продержатся двадцать пять лет?
«Поскольку гидридные перовскиты существенно отличаются от кремния с химической точки зрения, причины их нестабильности тоже иные. Нужно понимать, что стандарты IEC 61215 вырабатывались опытным путем за более чем сорокалетнюю историю проб и ошибок кремниевых панелей. Чтобы выработать соответствующие стандарты для перовскитных фотоэлементов, потребуется время. Условно, чтобы узнать, как поведет себя модуль в полевых условиях за десять лет, вам потребуется десять лет и сотни устройств для сбора статистики, — говорит Алексей Тарасов. — Только в 2020 году, спустя одиннадцать лет после работы Кодзимы, вышло первое консенсусное заявление экспертов, рекомендующее стандартные подходы к оценке стабильности именно перовскитных фотоэлектрических систем, лабораторных и прототипов. Только сейчас сообществу удалось накопить достаточно знаний и сформировать понимание процессов, лежащих в основе нестабильности перовскитных солнечных элементов, до этого каждый характеризовал свои устройства по собственному разумению. Стоит отметить, что в последние годы оптимизм в отношении стабильности солнечных элементов на гибридных перовскитах большой: если первые перовскитные элементы жили пятнадцать минут, то последние пару лет время жизни в тысячу часов стало нормой для работ ведущих научных групп, а сейчас устойчивость иногда достигает значений в два-три раза больше. Возможно, самой выигрышной стратегией развития перовскитных солнечных элементов оказывается не прямая конкуренция, а сосуществование с кремниевой индустрией. Стартап Oxford PV сфокусировался на разработке тандемов — перовскитный и кремниевый солнечные элементы «скрещены» с получением устройства с рекордным КПД в 29,8 процента».
«В тандемном фотоэлементе слои разных материалов поглощают каждый свою часть спектра солнечного света и отлично дополняют друг друга, что позволяет существенно обогнать по КПД однослойные солнечные элементы, — продолжает Алексей Тарасов. — Гибрид Oxford PV выигрывает почти пять процентов эффективности у чисто кремниевой структуры, которая в результате многолетней оптимизации уже фактически близка к своему теоретическому пределу эффективности».
Из всех перовскитных стартапов именно Oxford PV ближе всех подобрались к выходу на рынок. Основатель компании Генри Снайс заявил о готовности коммерческого решения, которое компания твердо намерена выпустить в 2022 году. Цикл развития солнечных элементов на гибридных перовскитах показывает, что иногда новые технологии хорошо сочетаются с классикой. И хотя успешный дуэт с кремниевыми «Битлами» оказался ресурсо- и интеллектуально затратным: в компанию вложено почти 150 млн долларов, — их более высокая эффективность, по оценкам компании, позволит снизить стоимость выработки солнечной энергии на 17–23% за несколько лет.
Но бум развития солнечной энергетики связан со всемирной модой на альтернативную энергетику, благодаря чему от инновации не ждут взрывного роста эффективности.
Новые рынки и этика
Даже если создателям и разработчикам новой технологии не приходится опасаться за долину смерти или за проигрыш в конкурентной борьбе на рынке, расслабиться им по-прежнему непросто. Например, исследователи генетических ножниц CRISPR, несмотря на оглушительный успех, ночами все равно не могут сомкнуть глаз.
«Поскольку использование CRISPR/ Cas9 для манипулирования клетками и организмами продолжало расти, казалось неизбежным, что исследователи где-нибудь протестируют эту технику на человеческих яйцеклетках, сперме или эмбрионах с целью создания наследуемых изменений в геноме людей, — писала Эммануэль Шарпантье. — К весне 2014 года я регулярно лежала без сна по ночам, задаваясь вопросом, могу ли я держаться подальше от этического шторма, который назревал вокруг технологии, которую я помогла создать».
Шторм грянул в 2018 году, когда китайский ученый Цзянькуй Хэ заявил о рождении первых в мире детей из генетически отредактированных эмбрионов. О рождении близнецов, у которых отключили один из генов рецептора иммунных клеток, чтобы создать устойчивость к заражению ВИЧ, сообщили во многих СМИ, однако научной статьи об исследовании Хэ или независимых подтверждений не последовало. Группа авторитетных ученых, включая одного из первооткрывателей генетических ножниц Фэн Чжана, призвали ввести глобальный мораторий на имплантацию отредактированных эмбрионов и CRISPR-детей. У научного сообщества пока нет достаточных данных о безопасности применения CRISPR, поэтому риски эксперимента перевешивают выгоды, а обстановка секретности, в которой проводился китайский проект, вызывает тревогу. Дженнифер Даудна в официальном заявлении была осторожнее: «Важно, чтобы эта информация не бросила нежелательную тень на множество важных настоящих и будущих попыток использовать CRISPR для лечения генетических, инфекционных и других заболеваний у взрослых и детей».
«Генетические ножницы — мощная технология, и теоретическая возможность натворить бед есть. В данном случае сложность не в том, чтобы разрезать ДНК, а в том, как разрыв залатают системы клетки. Системы починки ДНК ошибаются, и чем обернутся эти ошибки, предсказать сложно: в ДНК меняется совсем не то, что исследователь планировал. Если мы редактируем эмбрион, то эти изменения наследуются следующими поколениями. Задач, требующих редактирования генома во всем организме, мало, практически нет — говорит Нариман Баттулин. — И все же исследователи CRISPR/Cas9 должны вступать в диалог с обществом, даже если диалог идет во вред стремительному развитию».
Если внедрению CRISPR/Cas9 предстоит буксовать, то на этапе этических регуляций. Как показывает противостояние ГМО и движение против прививок на основе РНК и вирусных векторов, к собственной ДНК люди относятся особо ревностно. К ДНК других видов — тоже.
Молекулярные ножницы CRISPR/Cas9 в том числе используются для технологии генного драйва; суть его в том, чтобы изменить ген организма и сделать так, чтобы 100% потомков его унаследовали. Генный драйв планируют использовать для истребления самого смертоносного животного нашей планеты — малярийного комара. Берем комара, вносим в его ДНК молекулярные ножницы CRISPR/ Cas9, нацеленные на ген, который отвечает за определение пола насекомого. Если этот ген повредить, то организм самок так и не определится, мальчик он или девочка, и не оставит потомства. Теперь выпускаем ГМО-самца комара в природу, где он оставит потомков: дочки окажутся стерильны, сыновья же распространят мутацию и оставят следующее поколение неплодовитых комаров. Через несколько поколений популяция практически вымрет, а вместе с ней и малярия. В июле 2021 года были опубликованы результаты полузакрытого полевого исследования, то есть эксперимента в очень больших клетках, имитирующих природу. Генный драйв полностью подавил популяцию комаров за год. Экоактивисты считают, что ученые заигрались в Бога, решая, каким видам жить, а каким — умирать, и при-зывают к запрету технологии.
Этические преграды могут вклиниться и в цикл нейроинтерфейсов: от недавнего обвинения нейрокомпании Илона Маска в «очень жестоком обращении с животными» до опасений за будущее — вдруг нейроинтерфейсы приумножат неравенство за счет приращения интеллектуальных и физических способностей тех, кто первым сможет позволить себе чип?
Разработка нормативно-правовой базы, обеспечивающей безопасность пользователей технологий, — неотъемлемая часть научного цикла. Пока что инновации развиваются и распространяются быстрее, чем законы. Регуляторы не поспевают за генетически модифицированными продуктами, искусственным интеллектом, беспилотными автомобилями.
Но речь идет не только о рисках, но и о том, что мы получаем взамен. Сфера применения нейроинтерфейсов огромна: практически любое неврологическое заболевание, от эпилепсии до нейродегенерации, поддается коррекции с помощью чипа. CRISPR/Cas9 способна справиться с ранее неизлечимыми наследуемыми заболеваниями. Можно побороть малярию инсектицидами, антималярийными сетками и осушением болот, но тогда на полное уничтожение болезни уйдет пятьдесят лет и 20 миллионов человеческих жизней. Готовы ли мы ждать?
Можно предположить, что принятие технологий ускорится. В 2021 году, через три года после того, как был предложен мораторий на CRISPR-детей, Всемирная организация здравоохранения выпустила два доклада, в которых содержатся первые глобальные рекомендации, призванные помочь сделать редактирование генома человека инструментом общественного здравоохранения. Мы, возможно, видим начало нового глобального рынка генетической модификации человека — в тех странах, где регулирование не будет запретительным.
Есть ли ускорение?
Несмотря на почти постоянный рост финансирования науки в мире после Второй мировой войны и невероятную ранее концентрацию усилий ученых на хайповых направлениях, входящих в поле государственных и корпоративных приоритетов, нельзя однозначно сказать, что ускорение технологических циклов могло бы быть связано с ускорением науки. Едва ли мы можем поторопить ключевые открытия, сколько бы временных, денежных и иных ресурсов ни вкладывали в науку.
Американские социологи Патрик Коллисон и Майкл Нильсен попросили ученых сравнить открытия, удостоенные Нобелевской премии в своих областях (см. таблицу). Физика могли бы спросить, что является более важным вкладом в научное понимание: открытие нейтрона или открытие космического микроволнового фонового излучения (послесвечение Большого взрыва). Затем составленные рейтинги использовали, чтобы определить, как, по мнению ученых, изменилось качество открытий за десятилетия. Золотой век физики пришелся на период с 1910-х по 1930-е годы, с некоторой эпохой возрождения в 1960-е благодаря двум открытиям: космическому микроволновому фоновому излучению и стандартной модели физики элементарных частиц. Но даже с учетом этих открытий физики оценивали каждое десятилетие с 1940-х по 1980-е как менее выдающееся, чем 1910–1930-е годы, несмотря на резкий рост числа ученых, грантового финансирования и публикаций начиная с 1960-х.
Результаты в химии, физиологии и медицине чуть более обнадеживающие, но лишь с небольшим улучшением во второй половине ХХ века. Получается, за прошедшее столетие мы значительно увеличили вложения в науку, однако, по мнению самих ученых, самые важные открытия совершаются почти с постоянной скоростью.
Развитие самых больших открытий в науке имеет свою внутреннюю логику и динамику, но данных, в том числе, возможно, имеющих технологические следствия, становится все больше.
По самым обсуждаемым научным инновациям появляется беспрецедентное количество статей. О гибридных перовскитах, к примеру, выходит более десяти научных публикаций ежедневно. Из статистики базы данных Национального центра биотехнологической информации следует, что за 2021 год на CRISPR приходилось по 19 статей в день.
Неспроста в научной среде укоренилась негласная заповедь: Publish or perish — публикуйся или умри, потеряйся в лавине новых данных, исчезни.
«Ускоряется процесс обмена информацией. Это связано с несколькими факторами, — говорит Алексей Тарасов. — Все научные публикации переходят в цифровой формат: где-то, в теории, бумажные журналы еще есть, но на деле ищут информацию и читают статьи сейчас с помощью баз данных, агрегаторов. В то же время срок от подачи статьи до ее публикации на сайте сокращается до нескольких месяцев. Уменьшается и время получения обратной связи. Обратная связь в научной среде — это цитируемость. Если кто-то цитирует то, что вы написали, это означает, что ваши исследования читают и потенциально используют для развития идеи или ее нового направления».
Раньше требовались месяцы, а иногда и годы, чтобы выяснить, имеет ли значение исследование как в науке, так и в реальном мире. Но это меняется: по данным ResearchGate (крупная социальная сеть для ученых, где главная валюта не лайки, а публикации и цитируемость) из всех статей, опубликованных в 2010 году, только 20% были процитированы шесть месяцев спустя. В 2013 году через шесть месяцев было процитировано в два с половиной раза больше — 46%.
Цикл обратной связи и обмена знаниями сокращается, может быть, именно поэтому ускоряются и темпы инноваций? Этот фактор имеет место, например, в ускоренной разработке вакцин против коронавируса, в том числе благодаря стремительному накоплению широко доступной информации: последовательность генома коронавируса была опубликована 11 января 2020 года, всего через несколько недель после обнаружения первых случаев ковида в Китае и за несколько недель до того, как ВОЗ объявила о пандемии.
Ощущение ускорения может быть связано с увеличением объема информации и скорости обмена ею в науке, а не с процессами в экономике. Самая быстрая из описанных здесь технологий, CRISPR, с одной стороны, является технологическим усовершенствованием, инструментом в технологиях точного редактирования генов, которые развиваются более сорока лет, а с другой — имеет пока ограниченные рыночные применения, так что рано судить об ускорении циклов даже в этом случае. Весьма возможно, что именно CRISPR и был тем элементом, которого не хватало для бурного роста нового рынка генетической терапии, но, возможно, мы этого еще не знаем. Перовскиты тоже можно воспринимать как попытку усовершенствовать давно известную технологию фотовольтаики, в которой идет широкий поиск веществ и техник для повышения ее эффективности. Нейроинтерфейсы наверняка будут частью человека в ближайшие десятилетия, но вряд ли в ближайшие годы.
Несмотря на впечатляющий прогресс науки и широкий интерес к модным технологиям, технологические циклы, как и научные, имеют свой ритм. Несмотря на попытки государств подтолкнуть инновации, например в альтернативной энергетике, не обязательно в каждом случае они обречены на успех. Но без практического запроса уже на стадии изобретения и лабораторной технологии научное знание имеет риски быть надолго похороненным под толщей больших данных. В России, похоже, есть возможность и необходимость поддерживать в периоде прохождения «долины смерти» не вообще модные направления, а именно те, в которых страна нуждается. То есть создавать внутренний бум исследований в областях необходимого импортозамещения. Опыт показывает, что фундаментальные задачи от этого никуда не денутся, напротив, для их решения появятся новые стимулы.
Хочешь стать одним из более 100 000 пользователей, кто регулярно использует kiozk для получения новых знаний?
Не упусти главного с нашим telegram-каналом: https://kiozk.ru/s/voyrl