Nuotolinis genų perdavimas: mokslininko Aleksandro Gurvičiaus tyrimas

2024 Autorius: Seth Attwood | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-16 16:11

1906 m. pavasario pabaigoje Aleksandras Gavrilovičius Gurvičius, įkopęs į trisdešimtmetį, jau buvo žinomas mokslininkas, buvo demobilizuotas iš armijos. Karo su Japonija metu tarnavo gydytoju Černigove dislokuotame užnugario pulke. (Būtent ten Gurvichas, jo paties žodžiais tariant, „bėgdamas nuo priverstinės tuščiosios eigos“, parašė ir iliustravo „Atlasą ir esė apie stuburinių gyvūnų embriologiją“, kuris per ateinančius trejus metus buvo išleistas trimis kalbomis).

Dabar jis su jauna žmona ir mažąja dukrele išvyksta visai vasarai į Rostovą Didįjį – pas žmonos tėvus. Darbo jis neturi ir dar nežino, ar liks Rusijoje, ar vėl išvyks į užsienį.

Už Miuncheno universiteto Medicinos fakulteto disertacijos gynimo, Strasbūro ir Berno universiteto. Jaunasis rusų mokslininkas jau pažįstamas daugeliui Europos biologų, jo eksperimentus labai vertina Hansas Drieschas ir Wilhelmas Roux. O dabar – trys mėnesiai visiškos izoliacijos nuo mokslinio darbo ir ryšių su kolegomis.

Šią vasarą A. G. Gurvichas apmąsto klausimą, kurį pats suformulavo taip: „Ką reiškia, kad vadinu save biologu, ir ką, tiesą sakant, noriu žinoti? Tada, atsižvelgdamas į kruopščiai ištirtą ir iliustruotą spermatogenezės procesą, jis daro išvadą, kad gyvų būtybių pasireiškimo esmė yra ryšiai tarp atskirų įvykių, vykstančių sinchroniškai. Tai nulėmė jo „žiūros kampą“biologijoje.

Spausdintas A. G. Gurvich – daugiau nei 150 mokslinių straipsnių. Dauguma jų buvo išleistos vokiečių, prancūzų ir anglų kalbomis, kurios priklausė Aleksandrui Gavrilovičiui. Jo darbai paliko ryškų pėdsaką embriologijoje, citologijoje, histologijoje, histofiziologijoje, bendrojoje biologijoje. Bet gal būtų teisinga sakyti, kad „pagrindinė jo kūrybinės veiklos kryptis buvo biologijos filosofija“(iš knygos „Aleksandras Gavrilovičius Gurvičius. (1874-1954)“. Maskva: Nauka, 1970).

A. G. Gurvichas 1912 metais pirmasis į biologiją įvedė „lauko“sąvoką. Biologinio lauko koncepcijos kūrimas buvo pagrindinė jo darbo tema ir truko ne vieną dešimtmetį. Per šį laiką Gurvicho pažiūros į biologinio lauko prigimtį patyrė esminių pokyčių, tačiau jie visada kalbėjo apie lauką kaip apie vieną veiksnį, lemiantį biologinių procesų kryptį ir tvarkingumą.

Nereikia nė sakyti, koks liūdnas likimas šios koncepcijos laukė kitą pusę amžiaus. Buvo daug spėlionių, kurių autoriai tvirtino suvokę vadinamojo „biolauko“fizinę prigimtį, kažkas iškart ėmėsi gydyti žmones. Kai kurie nurodė A. G. Gurvich, visiškai nesivargindamas bandymais įsigilinti į savo kūrybos prasmę. Dauguma apie Gurvich nežinojo ir, laimei, nesikreipė į jį, nes nei į patį „biolauko“terminą, nei į įvairius A. G. paaiškinimus dėl jo veiksmų. Gurvichas su tuo neturi nieko bendra. Nepaisant to, šiandien žodžiai „biologinis laukas“kelia neslepiantį išsilavinusių pašnekovų skepticizmą. Vienas iš šio straipsnio tikslų yra papasakoti skaitytojams tikrą istoriją apie biologinio mokslo srities idėją.

Kas judina ląsteles

A. G. Gurvichas nebuvo patenkintas teorinės biologijos padėtimi XX amžiaus pradžioje. Jo netraukė formalios genetikos galimybės, nes jis žinojo, kad „paveldimumo perdavimo“problema iš esmės skiriasi nuo savybių „įgyvendinimo“organizme problemos.

Bene svarbiausias biologijos uždavinys iki šių dienų yra atsakymo į „vaikišką“klausimą paieška: kaip iš mikroskopinio vienos ląstelės kamuoliuko atsiranda gyvos būtybės visa savo įvairove? Kodėl besidalijančios ląstelės sudaro ne beformes gumbuotas kolonijas, o sudėtingas ir tobulas organų ir audinių struktūras? To meto vystymosi mechanikoje buvo perimtas W. Ru pasiūlytas priežastinis-analitinis požiūris: embriono vystymąsi lemia daugybė standžių priežasties ir pasekmės ryšių. Bet toks požiūris nesutapo su G. Driescho eksperimentų rezultatais, kurie įrodė, kad eksperimentiškai sukelti staigūs nukrypimai negali trukdyti sėkmingai vystytis. Tuo pačiu metu atskiros kūno dalys visai nesusidaro iš tų struktūrų, kurios yra normalios – bet jos susidaro! Lygiai taip pat ir paties Gurvicho eksperimentuose, net ir intensyviai centrifuguojant varliagyvių kiaušinėlius, pažeidžiant jų matomą struktūrą, tolesnė raida vyko vienodai – tai yra, baigėsi taip pat, kaip ir nepažeistų kiaušinėlių.

Ryžiai. 1 Paveikslai A. G. Gurvich nuo 1914 m. - schematiški ląstelių sluoksnių vaizdai ryklio embriono nerviniame vamzdelyje. 1 – pradinė formavimo konfigūracija (A), vėlesnė konfigūracija (B) (paryškinta linija – stebima forma, punktyrinė – numanoma), 2 – pradinė (C) ir stebima konfigūracija (D), 3 – pradinė (E), numatoma (F) … Statmenos linijos rodo ilgas ląstelių ašis – „jei tam tikru vystymosi momentu sukursite statmeną ląstelių ašims kreivę, pamatysite, kad ji sutaps su vėlesnio šios srities vystymosi etapo kontūru“

A. G. Gurvichas atliko statistinį mitozių (ląstelių dalijimosi) tyrimą simetriškose besivystančio embriono dalyse arba atskiruose organuose ir pagrindė „normalizuojančio faktoriaus“sampratą, iš kurios vėliau atsirado lauko samprata. Gurvichas nustatė, kad vienas veiksnys kontroliuoja bendrą mitozių pasiskirstymo embriono dalyse vaizdą, visiškai nenustatant tikslaus kiekvieno iš jų laiko ir vietos. Be jokios abejonės, lauko teorijos prielaida buvo įtraukta į garsiąją Driescho formulę „būsimą elemento likimą lemia jo kaip visumos padėtis“. Šios idėjos derinys su normalizavimo principu Gurvichą veda prie tvarkos supratimo gyvuose kaip elementų „pajungimo“vienai visumai – priešingai jų „sąveikai“. Savo veikale „Paveldimumas kaip realizavimo procesas“(1912) jis pirmą kartą išplėtoja embrioninio lauko – morfo – sampratą. Tiesą sakant, tai buvo pasiūlymas nutraukti užburtą ratą: iš pradžių vienarūšių elementų nevienalytiškumo atsiradimą paaiškinti kaip elemento padėties visumos erdvinėse koordinatėse funkciją.

Po to Gurvichas pradėjo ieškoti dėsnio, apibūdinančio ląstelių judėjimą morfogenezės procese, formuluotės. Jis nustatė, kad vystantis ryklių embrionų smegenims, „vidinio nervinio epitelio sluoksnio ląstelių ilgosios ašys bet kuriuo metu buvo orientuotos ne statmenai darinio paviršiui, o į tam tikrą (15- 20 ') kampu į jį. Kampų orientacija yra natūrali: jei tam tikru vystymosi momentu sukonstruosite statmeną ląstelės ašims kreivę, pamatysite, kad ji sutaps su vėlesnio šios srities vystymosi etapo kontūru“(1 pav.). Atrodė, kad ląstelės „žino“, kur atsiremti, kur pasitempti, kad susikurtų norimą formą.

Siekdamas paaiškinti šiuos pastebėjimus, A. G. Gurvichas pristatė „jėgos paviršiaus“sąvoką, kuri sutampa su galutinio rudimento paviršiaus kontūru ir vadovauja ląstelių judėjimui. Tačiau pats Gurvichas žinojo apie šios hipotezės netobulumą. Be matematinės formos sudėtingumo, jo netenkino sąvokos „teleologija“(atrodė, kad ji pajungė ląstelių judėjimą neegzistuojančiai, būsimai formai). Vėlesniame darbe „Apie embrioninių laukų sampratą“(1922 m.) „galutinė rudimento konfigūracija laikoma ne patraukliu jėgos paviršiumi, o kaip lauko iš taškinių šaltinių ekvipotencialus paviršius“. Tame pačiame darbe pirmą kartą buvo pristatyta „morfogenetinio lauko“sąvoka.

Klausimą Gurvichas iškėlė taip plačiai ir išsamiai, kad bet kokia ateityje galinti iškilti morfogenezės teorija iš esmės bus tik dar viena lauko teorija.

L. V. Belousovas, 1970 m

Biogeninis ultravioletinis

„Mitogenezės problemos pamatai ir šaknys buvo padėtos neblėstant mano susidomėjimui stebuklingu kariokinezės reiškiniu (taip mitozė buvo vadinama dar praėjusio amžiaus viduryje. – Red. pastaba)“, – rašė A. G. Gurvichas savo autobiografiniuose užrašuose 1941 m.„Mitogenezė“– darbinis terminas, gimęs Gurvicho laboratorijoje ir greitai pradėjęs vartoti, prilygsta „mitogenetinės spinduliuotės“sąvokai – labai silpnai gyvūnų ir augalų audinių ultravioletinei spinduliuotei, skatinančiai ląstelių dalijimosi procesą (mitozė).

A. G. Gurvichas priėjo prie išvados, kad mitozes gyvame objekte reikia vertinti ne kaip pavienius įvykius, o visumoje, kaip kažką suderinto – ar tai būtų griežtai organizuotos pirmųjų kiaušinėlio skilimo fazių mitozės, ar iš pažiūros atsitiktinės mitozės kiaušialąstės audiniuose. suaugęs gyvūnas ar augalas. Gurvichas manė, kad tik organizmo vientisumo atpažinimas leis sujungti molekulinio ir ląstelių lygių procesus su topografinėmis mitozių pasiskirstymo ypatybėmis.

Nuo 1920-ųjų pradžios A. G. Gurvichas svarstė įvairias išorinio poveikio, skatinančio mitozę, galimybes. Jo regėjimo lauke buvo augalų hormonų samprata, kurią tuo metu sukūrė vokiečių botanikas G. Haberlandtas. (Jis uždėjo susmulkintų ląstelių srutą ant augalo audinio ir stebėjo, kaip audinių ląstelės pradeda aktyviau dalytis.) Tačiau nebuvo aišku, kodėl cheminis signalas neveikia visų ląstelių vienodai, kodėl, tarkime, mažos ląstelės dalijasi daugiau. dažniau nei dideli. Gurvichas pasiūlė, kad visa esmė yra ląstelės paviršiaus struktūroje: galbūt jaunose ląstelėse paviršiaus elementai yra susidėlioję ypatingai, palankiai suvokti signalus, o ląstelei augant ši organizacija sutrinka. (Žinoma, tuo metu hormonų receptorių sąvokos nebuvo.)

Tačiau jei ši prielaida yra teisinga ir kai kurių elementų erdvinis pasiskirstymas yra svarbus signalo suvokimui, prielaida leidžia manyti, kad signalas gali būti ne cheminio, o fizinio pobūdžio: pavyzdžiui, kai kurias ląstelės struktūras veikianti spinduliuotė. paviršius yra rezonansinis. Šie svarstymai galiausiai buvo patvirtinti eksperimentu, kuris vėliau tapo plačiai žinomas.

Ryžiai. 2 Mitozės sukėlimas svogūno šaknies viršūnėje (piešinys iš darbo „Das Problem der Zellteilung physiologisch betrachtet“, Berlynas, 1926). Paaiškinimai tekste

Pateikiame šio eksperimento, kuris buvo atliktas 1923 metais Krymo universitete, aprašymą. „Spinduliuojanti šaknis (induktorius), sujungta su svogūnėliu, buvo sustiprinta horizontaliai, o jos galiukas nukreiptas į meristemų zoną (tai yra į ląstelių dauginimosi zoną, šiuo atveju taip pat esančią šalia šaknies galiuko. – Red.). Pastaba) antrosios panašios šaknies (detektoriaus), pritvirtintos vertikaliai. Atstumas tarp šaknų buvo 2–3 mm“(2 pav.). Ekspozicijos pabaigoje suvokiančioji šaknis buvo tiksliai pažymėta, fiksuota ir supjaustyta į eilę išilginių pjūvių, einančių lygiagrečiai medialinei plokštumai. Pjūviai buvo tiriami mikroskopu ir skaičiuojamas mitozių skaičius apšvitintoje ir kontrolinėje pusėje.

Tuo metu jau buvo žinoma, kad neatitikimas tarp mitozių skaičiaus (dažniausiai 1000-2000) abiejose šaknies galiuko pusėse paprastai neviršija 3-5%. Taigi „žymi, sisteminga, smarkiai ribota mitozių skaičiaus persvara“centrinėje suvokiančios šaknies zonoje – būtent tai ir matė tyrėjai pjūviuose – neginčijamai liudijo išorinio veiksnio įtaką. Kažkas sklindantis iš induktoriaus šaknies galiuko privertė aktyviau dalytis detektoriaus šaknies ląsteles (3 pav.).

Tolesni tyrimai aiškiai parodė, kad tai buvo apie radiaciją, o ne apie lakias chemines medžiagas. Smūgis išplito siauro lygiagrečio pluošto pavidalu – vos tik indukuojanti šaknis buvo šiek tiek nukreipta į šoną, poveikis išnyko. Jis taip pat išnyko, kai tarp šaknų buvo įdėta stiklinė plokštelė. Bet jei plokštė buvo pagaminta iš kvarco, efektas išliko! Tai rodo, kad spinduliuotė buvo ultravioletinė. Vėliau jo spektrinės ribos buvo nustatytos tiksliau – 190-330 nm, o vidutinis intensyvumas įvertintas 300-1000 fotonų/s kvadratiniame centimetre. Kitaip tariant, Gurvicho aptikta mitogenetinė spinduliuotė buvo vidutinė ir labai mažo intensyvumo beveik ultravioletinė. (Šiuolaikiniais duomenimis, intensyvumas yra dar mažesnis - jis yra maždaug dešimtys fotonų / s kvadratiniame centimetre.)

Ryžiai. 3 Grafinis keturių eksperimentų poveikio vaizdas. Teigiama kryptis (virš abscisių ašies) reiškia mitozės vyravimą apšvitintoje pusėje

Natūralus klausimas: kaip dėl saulės spektro ultravioletinių spindulių, ar jis turi įtakos ląstelių dalijimuisi? Eksperimentuose toks poveikis buvo atmestas: knygoje A. G. Gurvichas ir L. D. Gurvich „Mitogenetinė spinduliuotė“(M., Medgiz, 1945), metodinių rekomendacijų skyriuje aiškiai nurodyta, kad eksperimentų metu langai turi būti uždaryti, laboratorijose neturi būti atviros liepsnos ir elektros kibirkščių šaltinių. Be to, eksperimentus būtinai lydėjo kontrolė. Tačiau reikia pažymėti, kad saulės UV intensyvumas yra žymiai didesnis, todėl jo poveikis gyviems objektams gamtoje, greičiausiai, turėtų būti visiškai kitoks.

Darbas šia tema tapo dar intensyvesnis po to, kai A. G. Gurvichas 1925 m. Maskvos universitete – vienbalsiai išrinktas Medicinos fakulteto Histologijos ir embriologijos katedros vedėju. Mitogenetinė spinduliuotė aptikta mielių ir bakterijų ląstelėse, skilimo jūros ežių ir varliagyvių kiaušinėliuose, audinių kultūrose, piktybinių navikų ląstelėse, nervų (įskaitant izoliuotus aksonus) ir raumenų sistemose, sveikų organizmų kraujyje. Kaip matyti iš sąrašo, išskiriami ir neskilūs audiniai – prisiminkime šį faktą.

Jūrų ežių lervų, laikomų sandariuose kvarciniuose induose, veikiant ilgalaikei mitogenetinei bakterijų kultūrų spinduliuotei, vystymosi sutrikimus XX a. 30-aisiais tyrė J. ir M. Magrou Pasteur institute. (Šiandien panašius tyrimus su žuvų ir varliagyvių embrionais Maskvos valstybinio universiteto biofacesuose atlieka A. B. Burlakovas.)

Kitas svarbus klausimas, kurį tais pačiais metais sau kėlė mokslininkai: kiek spinduliuotės veikimas plinta gyvuose audiniuose? Skaitytojas prisimins, kad eksperimente su svogūnų šaknimis buvo pastebėtas vietinis poveikis. Ar, be jo, yra ir tolimų veiksmų? Tam nustatyti buvo atlikti modeliniai eksperimentai: lokaliai apšvitinant ilgus mėgintuvėlius, užpildytus gliukozės, peptono, nukleorūgščių ir kitų biomolekulių tirpalais, spinduliuotė sklinda vamzdeliu. Vadinamosios antrinės spinduliuotės sklidimo greitis buvo apie 30 m/s, o tai patvirtino prielaidą apie radiacinį-cheminį proceso pobūdį. (Šiuolaikiniais terminais kalbant, biomolekulės, sugeriančios UV fotonus, fluorescavo, išspinduliavo ilgesnio bangos ilgio fotoną. Fotonai savo ruožtu sukėlė vėlesnes chemines transformacijas.) Iš tiesų, kai kuriuose eksperimentuose buvo stebimas spinduliuotės sklidimas per visą ilgį. biologinis objektas (pavyzdžiui, to paties lanko ilgose šaknyse).

Gurvichas ir jo bendradarbiai taip pat parodė, kad labai susilpninta fizinio šaltinio ultravioletinė spinduliuotė taip pat skatina ląstelių dalijimąsi svogūnų šaknyse, kaip ir biologinis induktorius.

Mūsų formuluotė apie pagrindinę biologinio lauko savybę savo turiniu neatspindi jokių analogijų su fizikoje žinomais laukais (nors, žinoma, joms neprieštarauja).

A. G. Gurvich. Analitinės biologijos ir ląstelių lauko teorijos principai

Fotonai veda

Iš kur gyvoje ląstelėje atsiranda UV spinduliuotė? A. G. Gurvich ir kolegos savo eksperimentuose užfiksavo fermentinių ir paprastų neorganinių redokso reakcijų spektrus. Kurį laiką mitogenetinės spinduliuotės šaltinių klausimas liko atviras. Bet 1933 m., paskelbus fotochemiko V. Frankenburgerio hipotezę, paaiškėjo situacija su tarpląstelinių fotonų kilme. Frankenburgeris manė, kad didelės energijos ultravioletinių kvantų atsiradimo šaltinis buvo reti laisvųjų radikalų rekombinacijos aktai, vykstantys cheminių ir biocheminių procesų metu ir dėl jų retumo neturi įtakos bendram reakcijų energijos balansui.

Radikalų rekombinacijos metu išsiskirianti energija sugeriama substrato molekulėse ir išspinduliuojama su šioms molekulėms būdingu spektru. Šią schemą patobulino N. N. Semjonovas (būsimas Nobelio premijos laureatas) ir tokia forma buvo įtrauktas į visus tolesnius straipsnius ir monografijas apie mitogenezę. Šiuolaikinis gyvų sistemų chemiliuminescencijos tyrimas patvirtino šių šiandien visuotinai priimtų požiūrių teisingumą. Štai tik vienas pavyzdys: fluorescencinių baltymų tyrimai.

Žinoma, baltyme absorbuojami įvairūs cheminiai ryšiai, tarp jų ir peptidiniai – viduriniame ultravioletiniame (intensyviausiai – 190-220 nm). Tačiau fluorescencijos tyrimams svarbios aromatinės aminorūgštys, ypač triptofanas. Jo sugerties maksimumas yra 280 nm, fenilalaninas - 254 nm, o tirozinas - 274 nm. Sugerdamos ultravioletinių spindulių kvantus, šios aminorūgštys jas išskiria antrinės spinduliuotės pavidalu – natūraliai, ilgesnio bangos ilgio ir tam tikrai baltymo būsenai būdingo spektro. Be to, jei baltyme yra bent viena triptofano liekana, tai tik ji fluorescuoja – tirozino ir fenilalanino likučių sugerta energija persiskirsto jam. Triptofano liekanos fluorescencijos spektras stipriai priklauso nuo aplinkos – ar likutis yra, tarkime, šalia rutuliuko paviršiaus, ar viduje ir pan., o šis spektras kinta 310-340 nm juostoje.

A. G. Gurvichas ir jo bendradarbiai peptidų sintezės modelių eksperimentuose parodė, kad grandinės procesai, kuriuose dalyvauja fotonai, gali sukelti skilimą (fotodisociaciją) arba sintezę (fotosintezę). Fotodisociacijos reakcijas lydi spinduliuotė, o fotosintezės procesai nespinduliuoja.

Dabar paaiškėjo, kodėl visos ląstelės skleidžia, bet mitozės metu – ypač stipriai. Mitozės procesas reikalauja daug energijos. Be to, jei augančioje ląstelėje energijos kaupimas ir išleidimas vyksta lygiagrečiai su asimiliaciniais procesais, tai mitozės metu ląstelės sukaupta energija tarpfazėje tik suvartojama. Vyksta sudėtingų tarpląstelinių struktūrų (pavyzdžiui, branduolio apvalkalo) suirimas ir energiją einantis grįžtamasis naujų struktūrų, pavyzdžiui, chromatino superspiralių, kūrimas.

A. G. Gurvichas ir jo kolegos taip pat atliko mitogenetinės spinduliuotės registravimo darbus naudodami fotonų skaitiklius. Be Gurvich laboratorijos Leningrado IEM, šie tyrimai taip pat yra Leningrade, Phystech pas A. F. Ioffas, vadovaujamas G. M. Frankas kartu su fizikais Yu. B. Kharitonas ir S. F. Rodionovas.

Vakaruose tokie žymūs specialistai kaip B. Raevskis ir R. Oduberis užsiėmė mitogenetinės spinduliuotės registravimu naudojant fotodaugintuvus. Reikėtų prisiminti ir žymaus fiziko W. Gerlacho (kiekybinės spektrinės analizės pradininko) mokinį G. Barthą. Barthas dvejus metus dirbo A. G. laboratorijoje. Gurvich ir tęsė savo tyrimus Vokietijoje. Jis gavo patikimų teigiamų rezultatų dirbant su biologiniais ir cheminiais šaltiniais, be to, labai prisidėjo prie itin silpnos spinduliuotės nustatymo metodikos. Barthas atliko preliminarų jautrumo kalibravimą ir fotodaugintuvų pasirinkimą. Šiandien ši procedūra yra privaloma ir įprasta visiems, kurie matuoja silpnus šviesos srautus. Tačiau būtent šio ir kai kurių kitų būtinų reikalavimų nepaisymas daugeliui prieškario tyrinėtojų neleido pasiekti įtikinamų rezultatų.

Šiandien Tarptautiniame biofizikos institute (Vokietija), vadovaujamame F. Popo, gauti įspūdingi duomenys apie itin silpnos biologinių šaltinių spinduliuotės registravimą. Tačiau kai kurie jo oponentai šiuos kūrinius vertina skeptiškai. Jie linkę manyti, kad biofotonai yra šalutiniai metaboliniai produktai, tam tikras šviesos triukšmas, neturintis jokios biologinės reikšmės. „Šviesos spinduliavimas yra visiškai natūralus ir savaime suprantamas reiškinys, lydintis daugelį cheminių reakcijų“, – pabrėžia fizikas Raineris Ulbrichas iš Getingeno universiteto. Biologas Guntheris Rothe'as situaciją vertina taip: „Biofotonai egzistuoja be jokios abejonės – šiandien tai vienareikšmiškai patvirtina itin jautrūs šiuolaikinės fizikos prietaisai. Kalbant apie Poppo interpretaciją (kalbame apie tai, kad chromosomos tariamai skleidžia koherentinius fotonus. – Red. pastaba), tai graži hipotezė, tačiau siūlomo eksperimentinio patvirtinimo vis tiek visiškai nepakanka, kad būtų pripažintas jos pagrįstumas. Kita vertus, turime atsižvelgti į tai, kad šiuo atveju yra labai sunku gauti įrodymų, nes, pirma, šios fotonų spinduliuotės intensyvumas yra labai mažas, o antra, fizikoje naudojami klasikiniai lazerio šviesos aptikimo būdai yra sunku čia pritaikyti“.

Tarp biologinių darbų, publikuotų iš jūsų šalies, mokslo pasaulio dėmesio niekas taip nepatraukia, kaip jūsų darbai.

Iš 1930-08-01 Albrechto Bethe laiško A. G. Gurvich

Kontroliuojamas disbalansas

Reguliavimo reiškiniai protoplazmoje A. G. Gurvichas pradėjo spėlioti po savo ankstyvųjų eksperimentų centrifuguojant apvaisintus varliagyvių ir dygiaodžių kiaušinėlius. Beveik po 30 metų, suvokus mitogenetinių eksperimentų rezultatus, ši tema įgavo naują postūmį. Gurvichas įsitikinęs, kad materialaus substrato (biomolekulių rinkinio), kuris reaguoja į išorinius poveikius, nepaisant jo funkcinės būklės, struktūrinė analizė yra beprasmė. A. G. Gurvichas suformuluoja fiziologinę protoplazmos teoriją. Jo esmė ta, kad gyvosios sistemos turi specifinį molekulinį energijos kaupimo aparatą, kuris iš esmės yra nebalansinis. Apibendrinta forma tai yra minties, kad energijos antplūdis reikalingas kūnui ne tik augimui ar darbui, bet pirmiausia tam, kad išlaikytų būseną, kurią vadiname gyva, fiksacija.

Tyrėjai atkreipė dėmesį į tai, kad apribojus energijos srautą būtinai buvo stebimas mitogenetinės spinduliuotės pliūpsnis, palaikantis tam tikrą gyvosios sistemos metabolizmo lygį. („Energijos srauto ribojimas“turėtų būti suprantamas fermentinių sistemų aktyvumo sumažėjimas, įvairių transmembraninio transportavimo procesų slopinimas, didelės energijos junginių sintezės ir suvartojimo lygio sumažėjimas - tai yra visi procesai, kurie aprūpinti ląstele energija – pavyzdžiui, su grįžtamu objekto aušinimu arba švelnia anestezija.) Gurvichas suformulavo itin labilių molekulinių darinių, turinčių padidintą energijos potencialą, nepusiausvyros gamtoje ir kurias vienija bendra funkcija, koncepciją. Jis pavadino juos nepusiausvyriniais molekuliniais žvaigždynais (NMC).

A. G. Gurvichas manė, kad būtent NMC irimas, protoplazmos organizavimo sutrikimas sukėlė radiacijos pliūpsnį. Čia jis turi daug bendro su A. Szent-Györgyi idėjomis apie energijos migraciją pagal bendruosius baltymų kompleksų energijos lygius. Panašias idėjas, pagrindžiančias „biofotoninės“spinduliuotės prigimtį, šiandien išsako F. Popas – migruojančias sužadinimo sritis jis vadina „poliatonais“. Fizikos požiūriu čia nėra nieko neįprasto. (Kurios iš šiuo metu žinomų tarpląstelinių struktūrų galėtų tikti NMC vaidmeniui Gurvicho teorijoje – šį intelektualinį pratimą paliksime skaitytojui.)

Taip pat eksperimentiškai buvo įrodyta, kad spinduliuotė atsiranda ir tada, kai substratas yra mechaniškai veikiamas centrifuguojant arba naudojant silpną įtampą. Tai leido teigti, kad NMC turi ir erdvinę tvarką, kurią trikdė ir mechaninis poveikis, ir energijos srauto apribojimas.

Iš pirmo žvilgsnio pastebima, kad NMC, kurių egzistavimas priklauso nuo energijos antplūdžio, yra labai panašios į išsklaidymo struktūras, atsirandančias termodinamiškai nesubalansuotose sistemose, kurias atrado Nobelio premijos laureatas I. R. Prigožinas. Tačiau kiekvienas, tyręs tokias struktūras (pavyzdžiui, Belousovo – Žabotinskio reakciją), puikiai žino, kad jos nėra visiškai tiksliai atkurtos iš patirties į patirtį, nors jų bendras pobūdis išsaugomas. Be to, jie itin jautrūs menkiausiam cheminės reakcijos parametrų pokyčiui ir išorinėms sąlygoms. Visa tai reiškia, kad kadangi gyvi objektai taip pat yra nepusiausvyros dariniai, jie negali išlaikyti unikalaus savo organizacijos dinaminio stabilumo tik dėl energijos srauto. Taip pat reikalingas vienas sistemos užsakymo veiksnys. Šis veiksnys A. G. Gurvichas jį pavadino biologiniu lauku.

Trumpai tariant, galutinė biologinio (ląstelinio) lauko teorijos versija atrodo taip. Laukas turi vektorių, o ne jėgą. (Atminkite: jėgos laukas yra erdvės sritis, kurios kiekviename taške tam tikra jėga veikia jame esantį bandomąjį objektą; pvz., elektromagnetinis laukas. Vektorinis laukas yra erdvės sritis, kurios kiekviename taške duotas tam tikras vektorius, pvz., judančiame skystyje esančių dalelių greičio vektoriai.) Sužadintos būsenos ir todėl energijos perteklių turinčios molekulės patenka į vektorinio lauko poveikį. Jie įgyja naują orientaciją, deformuojasi ar juda lauke ne dėl jo energijos (tai yra ne taip, kaip atsitinka su įelektrinta dalele elektromagnetiniame lauke), o išeikvodami savo potencialią energiją. Didelė šios energijos dalis paverčiama kinetine energija; kai energijos perteklius išeikvojamas ir molekulė grįžta į nesužadintą būseną, lauko poveikis jai nutrūksta. Dėl to ląsteliniame lauke formuojasi erdvinė-laikinė tvarka – formuojasi NMC, pasižymintys padidėjusiu energetiniu potencialu.

Supaprastinta forma, šis palyginimas gali tai paaiškinti. Jei ląstelėje judančios molekulės yra automobiliai, o jų energijos perteklius – benzinas, tai biologinis laukas formuoja reljefo, kuriuo važiuoja automobiliai, reljefą. Paklusdamos „reljefui“, panašių energetinių charakteristikų molekulės sudaro NMC. Juos, kaip jau minėta, vienija ne tik energetiškai, bet ir bendra funkcija, ir jie egzistuoja, pirma, dėl energijos antplūdžio (automobiliai negali važiuoti be benzino), antra, dėl biologinio lauko tvarkos veikimo. (bekelėje automobilis nepravažiuos). Atskiros molekulės nuolat patenka ir išeina iš NMC, tačiau visas NMC išlieka stabilus, kol nepasikeičia jį maitinančio energijos srauto vertė. Sumažėjus jo vertei, NMC suyra, o jame sukaupta energija išsiskiria.

Dabar įsivaizduokite, kad tam tikroje gyvo audinio srityje energijos srautas sumažėjo: NMC irimas tapo intensyvesnis, todėl padidėjo spinduliuotės intensyvumas, būtent tas, kuris kontroliuoja mitozę. Žinoma, mitogenetinė spinduliuotė yra glaudžiai susijusi su lauku – nors ji ir nėra jo dalis! Kaip prisimename, skilimo (disimiliacijos) metu išsiskiria perteklinė energija, kuri nemobilizuojama NMC ir nedalyvauja sintezės procesuose; būtent todėl, kad daugumoje ląstelių asimiliacijos ir disimiliacijos procesai vyksta vienu metu, nors ir skirtingomis proporcijomis, ląstelėms būdingas mitogenetinis režimas. Panašiai yra ir su energijos srautais: laukas jų intensyvumo tiesiogiai neįtakoja, tačiau, formuodamas erdvinį „reljefą“, gali efektyviai reguliuoti jų kryptį ir pasiskirstymą.

A. G. Gurvichas sunkiais karo metais dirbo ties galutine lauko teorijos versija. „Biologinio lauko teorija“buvo išleista 1944 m. (Maskva: Sovietų mokslas), o vėlesnis leidimas prancūzų kalba – 1947 m. Ląstelių biologinių laukų teorija sukėlė kritikos ir nesusipratimų net tarp ankstesnės koncepcijos šalininkų. Pagrindinis jų priekaištas buvo tas, kad Gurvichas tariamai atsisakė visumos idėjos ir grįžo prie atskirų elementų (tai yra atskirų ląstelių laukų) sąveikos principo, kurį jis pats atmetė. Straipsnyje „Visumos samprata „ląstelinio lauko teorijos šviesoje“(rinkinys „Mitogenezės ir biologinių laukų teorijos darbai“. Gurvichas parodo, kad taip nėra. Kadangi atskirų langelių generuojami laukai išeina už savo ribų, o lauko vektoriai sumuojami bet kuriame erdvės taške pagal geometrinio sudėjimo taisykles, nauja koncepcija pagrindžia „faktinio“lauko sampratą. Tiesą sakant, tai yra dinaminis vientisas visų organo (ar organizmo) ląstelių laukas, laikui bėgant kintantis ir turintis visumos savybes.

Nuo 1948 m. mokslinė A. G. Gurvichas yra priverstas daugiausia koncentruotis į teorinę sritį. Po visasąjunginės žemės ūkio akademijos rugpjūčio sesijos nematė galimybės toliau dirbti Rusijos medicinos mokslų akademijos Eksperimentinės medicinos institute (kuriam vadovavo nuo instituto įkūrimo 1945 m.). ir rugsėjo pradžioje kreipėsi į Akademijos prezidiumą dėl išėjimo į pensiją. Paskutiniais savo gyvenimo metais parašė daug darbų įvairiais biologinio lauko teorijos, teorinės biologijos ir biologinių tyrimų metodologijos aspektais. Šiuos kūrinius Gurvichas laikė vienos knygos skyriais, kuri buvo išleista 1991 m. pavadinimu „Analitinės biologijos principai ir ląstelių laukų teorija“(Maskva: Nauka).

Pats gyvosios sistemos egzistavimas, griežtai tariant, yra pati giliausia problema, palyginus su ja jos funkcionavimas lieka arba turėtų likti šešėlyje.

A. G. Gurvich. Biologijos histologiniai pagrindai. Jena, 1930 m. (vokiečių k.)

„Empatija be supratimo“

A. G. darbai. Gurvich apie mitogenezę prieš Antrąjį pasaulinį karą buvo labai populiarus tiek mūsų šalyje, tiek užsienyje. Gurvicho laboratorijoje buvo aktyviai tiriami kancerogenezės procesai, visų pirma įrodyta, kad vėžiu sergančių pacientų kraujas, skirtingai nei sveikų žmonių, nėra mitogenetinės spinduliuotės šaltinis. 1940 metais A. G. Gurvich buvo apdovanotas Valstybine premija už darbą tiriant vėžio problemos mitogenetinį tyrimą. Gurvicho „lauko“koncepcijos niekada nebuvo labai populiarios, nors jos visada kėlė didelį susidomėjimą. Tačiau šis susidomėjimas jo darbu ir pranešimais dažnai išlikdavo paviršutiniškas. A. A. Liubiščevas, kuris visada vadino save A. G. Gurvichas tokį požiūrį apibūdino kaip „užuojautą be supratimo“.

Mūsų laikais užuojautą pakeitė priešiškumas. Reikšmingas indėlis diskredituojant A. G. Gurvich buvo pristatytas kai kurių būsimų pasekėjų, kurie mokslininko mintis interpretavo „pagal savo supratimą“. Tačiau svarbiausia net ne tai. Gurvicho idėjos atsidūrė „stačiatikių“biologijos nueito kelio nuošalyje. Po dvigubos spiralės atradimo mokslininkams atsirado naujų ir viliojančių perspektyvų. Grandinė "genas - baltymas - ženklas" traukia savo konkretumu, atrodo, kad lengva pasiekti rezultatą. Natūralu, kad molekulinė biologija, molekulinė genetika, biochemija tapo pagrindiniais srautais, o negenetiniai ir nefermentiniai valdymo procesai gyvose sistemose pamažu buvo nustumti į mokslo periferiją, o pats jų tyrimas imtas laikyti abejotinu, nerimtu užsiėmimu.

Šiuolaikinėms fizikinėms, cheminėms ir molekulinėms biologijos šakoms vientisumo supratimas yra svetimas, kurį A. G. Gurvichas laikė pagrindine gyvų būtybių savybe. Kita vertus, išskaidymas praktiškai prilyginamas naujų žinių įgijimui. Pirmenybė teikiama cheminės reiškinių pusės tyrimams. Tiriant chromatiną, dėmesys perkeliamas į pirminę DNR struktūrą ir joje jie nori matyti pirmiausia geną. Nors biologinių procesų disbalansas formaliai pripažįstamas, niekas jai neskiria svarbaus vaidmens: absoliuti dauguma darbų skirta atskirti „juodą“ir „baltą“, baltymo buvimą ar nebuvimą, geno aktyvumą ar neveiklumą.. (Ne veltui termodinamika tarp biologijos universitetų studentų yra viena labiausiai nemėgstamų ir prasčiausiai suvokiamų fizikos šakų.) Ko netekome per pusę amžiaus po Gurvicho, kokie dideli nuostoliai – atsakymą pasufleruos mokslo ateitis.

Tikriausiai biologija dar turi įsisavinti idėjas apie esminį gyvų būtybių vientisumą ir disbalansą, apie vieną tvarkos principą, užtikrinantį šį vientisumą. O gal Gurvičiaus idėjos dar priešakyje, o jų istorija tik prasideda.

O. G. Gavrishas, biologijos mokslų kandidatas