Генетический транс. Теория родологии

 

Ранние дороги отцов – они нас выбирают.

Гейне

 

Актуальность темы

 

Красивые сани легко несут седока с заснеженной горы. Человек счастлив и хохочет. Ему и в голову не придёт думать в этот миг.

Думает тот, кто стоит по колено в сугробе и смотрит: проносятся мимо сани, наполненные смехом и счастьем. Они летят с вершины горы, на которой были секунду назад. Что-то ждёт их через несколько мгновений у подножия горы. А там – обрыв. Там оборвутся радость и смех. И какой-то дом переполнится горем. Надо крикнуть. Надо остановить или хотя бы изменить направление полёта. Услышит ли меня этот пролетающий миг?

Я не хочу пугать летящее счастье. Я хочу помочь ему. Я могу передвинуть часть горы и знаю, что тогда будущее у этого седока будет светлым. Но есть ли у меня право изменить будущее седока?..

Красивые сани стремительно несут с заснеженной горы седока. Он в генетическом трансе и счастлив в этот пролетающий миг.

 

Введение

 

 

Достойна ли цена, воспрянуть ото сна,

Исполниться любви в полёте плоти?..

Платить за всё сполна, достойна ли цена,

Лететь и разбиваться в том полёте?..

 

Генетический транс – колея да пасьянс,

Услаждают меня на дороге.

И блажи – не блажи, жмут тебя виражи,

Колдунами восстав из колдобин.

 

Слова из песни к телевизионному фильму «Генетический транс»

 

Интересно. Мяч при волейбольной, футбольной, теннисной подаче несёт в себе больше энергии при подкрутке или без подкрутки? С точки зрения физики ответ прост: конечно, подкрученный мяч несёт больше энергии. Полная кинетическая энергия подкрученного мяча Wk складывается из кинетической энергии поступательного движения Ек и энергии вращения Ев, возникающей за счёт подкрутки.

Подкрутка мяча – изобретение человека в его играх. В этом изобретении что-то новенькое, или ничто не ново под Луной, и в природе есть аналоги? Да, есть! Сплошь и рядом. Такая форма локализации энергии – явление обыденное. Приведём несколько примеров природных явлений, в которых используется такой способ локализации энергии.

По аналогии с мячом – единичный объект, молекула водорода. Молекула водорода Н2 может быть представлена при нормальных условиях в виде модели, напоминающей гантель, которая летает в воздухе при комнатной температуре со скоростью 1900 м/с. При увеличении температуры начинается раскрутка этой гантели. Она в пространстве ведёт себя уже как подкрученный мяч: летит со скоростью о поступательно и вращается вокруг своего центра инерции.

Конечно, молекула водорода – микрообъект, и раскрутка имеет свою особенность, которая состоит в том, что молекул в газе много и процесс раскрутки происходит в результате коллективного взаимодействия (соударения) молекул. При повышении температуры начинается раскрутка молекул, и газ переходит на новый энергетический уровень, где все молекулы летят как подкрученные мячи.

А вот другой разворот того же явления. Большое количество молекул водорода – газ. Что будет, если достаточно быстро дать энергию не на весь объём, занимаемый газом, а лишь на его часть? Возникнет интересный эффект: часть газа, получившая энергию, начнёт вращаться в объятиях большой массы холодного газа, появятся вихрь или смерч. Можно множить эти примеры, перебирая явления природы в различных субстанциях её проявления. Обычным окажется факт локализации энергии в виде вращения.

Любопытно. Обладают ли свойством запасать энергию таким способом биологические системы? Под биологической системой мы будем понимать единичного представителя вида, конкретно – человека. Человек как биологический объект составлен из огромного количества атомов, молекул, химических соединений. Что значит – огромное количество атомов? Не увлекаясь точными вычислениями, прикинем масштаб огромного.

Допустим, человек массой 60 кг состоит из воды (это недалеко от истины). Количество молекул, которому эта масса соответствует, можно сосчитать по формуле:

 

N = (m: М) × Na = (60: 18) × 6, 023 × 10 26 = 2 × 1027 мол.

 

Такое количество молекул – целая Вселенная. Представьте себе, если молекулы вытянуть в цепочку, то свет будет идти вдоль этой цепочки от начала её до конца со своей любимой скоростью (скорость распространения электромагнитных колебаний в вакууме) V = 3 × 108 м/сек несколько десятков лет!

 

Рис. 17. Энергия подкрученного мяча

 

Подчеркнём: биологическая система – человек – состоит из огромного количества молекул, которые образуют многообразие разного рода соединений. Соединения участвуют ежесекундно в разнообразных реакциях. Они представляют настоящий энергетический цех человека, в котором энергия может быть запасена в форме своеобразных химических процессов. Прежде чем говорить о реакциях в этих процессах, давайте сначала посмотрим на то, как ведут себя системы, состоящие из огромного количества молекул, атомов.

 

Глава 1

Энергия в биологических системах

 

Примеры бифуркации в системах

 

Огромное количество молекул, атомов в природе обычно находится в объединениях-коллективах, которые принято называть системами. Так, атмосфера Земли объединена в систему благодаря наличию в ней взаимодействующих гравитационных, температурных, электромагнитных полей.

Человек являет собой систему атомов и молекул, в которой взаимодействуют все виды энергетических полей, известных сегодня науке: гравитационное, температурное, химическое, ядерное, электромагнитное И т. д.

Представляют интерес две модели систем: закрытые (замкнутые, консервативные) и открытые. Закрытая система взаимодействует только сама с собой внутри себя, допуская интегративно-нулевое взаимодействие с другими системами. Открытая система взаимодействует с другими системами.

Деление достаточно условно. Так, например, атмосферу Земли можно рассматривать в первом приближении как закрытую систему, так как силы её взаимодействия с энергетическими полями Земли значительно больше, чем силы взаимодействия с другими планетами, с отдельным человеком и т. д.

Согласно второму закону термодинамики, равновесное состояние закрытой системы – хаос. Иными словами, это такое динамическое состояние, в котором энергия распределена в среднем поровну между частицами системы.

Если рассмотреть как образец закрытой системы атмосферу Земли, мы увидим, что химический состав её в естественном состоянии равномерен. В случае повышения концентрации какого-то химического элемента или температуры в данном локальном месте сразу же начинаются процессы, которые ведут к выравниванию.

Чистых закрытых систем в природе нет, ибо любая система в какой-то мере всегда взаимосвязана с другими системами. Так, атмосферу Земли, например, пронзают различные виды космических излучений. Они взаимодействуют с химическими элементами атмосферы, оставляя при этом часть своей энергии в атмосфере. Кроме того, атмосфера не может выровнять концентрацию химических элементов, температуру по радиусу (по высоте) от Земли и т. д.

Итак, любая закрытая система находится в равновесном состоянии. Давайте посмотрим, что произойдёт, если на закрытую систему воздействовать извне, тем самым превратив её в открытую систему.

Несколько примеров.

1. Привычный для нас воздух в комнате. Воздух, газ, представляет собой закрытую систему. При температуре +20 °C атомы, молекулы, составляющие воздух, мечутся – хаос торжествует. Вмешаемся в закрытую систему извне – начнём понижать температуру. С воздухом что-то стало происходить. Он перестал быть прозрачным, и вдруг прямо из воздуха начали появляться объекты, которые мы видим своими глазами. Приглядитесь – они же симметричные. Это не хаос, это же элегантные снежинки с великолепной симметрией.

Что произошло? При переходе закрытой системы в открытую хаос родил симметрию! Да такую симметрию, что сам И. Кеплер не обошёл вниманием такую красоту [2]. При понижении температуры в системе запустился процесс бифуркации [3]. В системе возникло два агрегатных состояния: хаос – газ и порядок – снег.

2. Выйдем в тёплое море, куда-нибудь южнее Японии. Огромные зеркала воды, острова. Взошло солнце. Воздушный океан подвергся вмешательству извне – солнце нещадно палит. Какие-то участки поверхности, особенно неоднородные, разогреваются неравномерно: мели, рифы, острова, поверхность воды. Воздух, соприкасаясь с этими поверхностями, разогревается тоже неравномерно. Та воздушная среда, которая получила больше солнечной энергии, начинает раскручиваться. Раскрутка захватывает целые воздушные зоны. Наконец, масса воздуха срывается в закрутку. Запустился процесс бифуркации. В воздушном океане возникло два энергетических состояния: вихрь, который вобрал в себя избытки энергии Солнца, и огромное пространство относительно холодного воздуха, окружающего вихрь.

3. А вот неожиданный ракурс локализации энергии. Просто кипарис и кипарис Ван Гога. Посмотрите, какие вихри нарисовал Ван Гог, и сколько тревоги и энергетической ёмкости добавилось на полотне! Когда оказались совмещёнными на одном полотне два энергетических состояния: покой и вихри.

4. Рассмотрим хорошо знакомую нам в обиходе воду. В определённых температурных условиях резервуар воды можно рассматривать как закрытую систему. Это привычная для нас с вами вода, например, при температуре +20 °C. Молекула воды – Н2O. Как мы с вами уже знаем, можно резервуар воды сделать открытой системой, если начать менять температурный режим. В результате вмешательства извне вода становится открытой системой и начинает вести себя очень интересно: Н2O как функция температуры Т.

На температурной шкале возникает несколько замечательных точек (температурных зон), в которых запускается процесс бифуркации – вода разделяется на разные агрегатные состояния.

 

Рис. 18. Геометрическая форма упаковки Н2O как функция температуры Т

 

При повышении температуры за точкой 0 встречаем зону динамического равновесия 3, где молекулы Н2O начинают раскручиваться. Достаточно незначительных неоднородностей, как начинают возникать локальные вихри. В кручении вихрей принимает участие много молекул.

В точке 4 приток энергии столь велик, что внутри каждой молекулы возникают сложные отношения между атомами. Химические связи с трудом удерживают атомы водорода и кислорода в химическом соединении Н2O. Атомы начинают ходить – колебаться друг относительно друга, будто на пружинках. В этой температурной зоне возникает совершенно удивительное преобразование хаоса в порядок периодики: из молекул начинает рождаться электромагнитное излучение строго определённых частот.

При понижении температуры за точкой 0 запускается процесс бифуркации: в зоне 1 из пара появляется вода в известном нам жидком виде.

При переходе через температурную точку 2 запускается процесс бифуркации: из достаточно подвижной, пластичной воды с ближним порядком симметрии начинает выстраиваться кристаллическая структура с дальним порядком симметрии. Все атомы выстраиваются, как солдаты на плацу во время парада.

Позвольте ещё раз напомнить, что человек в основном состоит из воды.

 

Кросс-катализ

 

Получается, что для природы характерно:

✓ наличие точек бифуркации по определённым параметрам при переходе закрытой системы в открытую систему (мы рассмотрели только один параметр – температуру);

✓ запасать энергию в определённом диапазоне температур в виде вращательного движения.

Отметим, что для человеческого организма не чужд класс каталитических реакций – так называемый кросскатализ (перекрёстный катализ). Он играет существенную роль в метаболических[1](от греч. μ ε τ α β ο λ ή – перемена, превращение) функциях [4]. Приведём пример такой реакции, описанной в [1].

Идёт удивительная реакция, характерная для работающего биологического объекта. По параметру концентрации в определённой химической среде запускается процесс бифуркации, в результате которого в среде возникает устойчивое кольцо локализации энергии – вихрь.

При этом из вещества У получается вещество X, и одновременно из X получается У. Процесс устойчив. Такой реакцией, например, может быть описана взаимосвязь между нуклеиновыми кислотами и протеином: нуклеиновые кислоты являются носителями информации, необходимой для синтеза протеинов, а протеины в свою очередь синтезируют нуклеиновые кислоты.

Позвольте! Этот процесс напоминает те процессы, которые мы наблюдали в приведённых ранее (1.1. Примеры бифуркации в системах) примерах. Может быть, приведённый процесс кросс-катализа – весточка. Одна из многих весточек о том, что человека не следует вырывать из природы, как мы теперь говорим – из окружающей среды. Приятно сознавать, что человек органично вписан в природу и проявляет собой одну из её ипостасей.

 

Рис. 19. Реакция перекрёстного катализа

 

В таком случае законы, которые учёные открыли, изучая неорганическую природу, распространяются и на человека. Можно сказать так: человек представляет собой закрытую систему огромного количества атомов и молекул. При переходе этой системы в открытую систему могут возникать процессы бифуркации, сопровождаемые различными формами локализации энергии, в том числе и в виде устойчивых колец-вихрей.

 

 

Глава 2

Генетическая форма памяти

 

Устройство хромосом

 

Давайте запомним предыдущее и вскроем новый блок информации. В начале XX столетия в Европе возник интересный перекрёсток двух научных направлений – физики (посвящена фундаментальным принципам и понятиям учения о природе) и биологии (посвящена науке о жизни). На этом перекрёстке волей истории встречались на знаменитых трёпах (прообраз будущих мозговых штурмов) молодые учёные-физики: Бор, Чэдвик, Резерфорд, Блэкетт, Оже; молодые биологи Касперсон, Тимофеев-Ресовский, Густафсон, Баур и др.

Физика и биология переживали предродовой (перинатальный) период. Количество неординарно-пародоксальных экспериментальных данных, выходивших за рамки прокрустова ложа устоявшихся классических представлений, возросло. Потребовался новый подход к способу интерпретации и осмысления материала.

В этом смысле трёпы были гениальным приобретением начала XX столетия. Самые свежие экспериментальные данные в условиях снятия догмата авторитета укладывались в фантастические гипотезы, которые тут же проверялись в экспериментальных лабораториях. На ноги вставали новые теории, которые давали неординарные инженерные приложения.

Под пристальным вниманием оказалось ядро. Работа с ядром атома привела физиков в 1942 году к реальному получению ядерной энергии. Работа с ядром клетки привела биологов (в 1953–1954 годах) к утверждению, что наследуемая информация жизни (можно сказать, ключ к энергии жизни) сосредоточена в ядре клетки. Оказывается, ядро эукариота являет собой хранилище хромосом – ядерных структур, в которых сосредоточено [5] более 90 % генетического материала эукариотической клетки. Система организации атомов в генетическом материале столь своеобразна, столь красива, что невольно приходит на ум сравнение с поэтическими строками великих мастеров человеческой речи.

Из хаоса закрытой системы – набора атомов, химических соединений – по непонятным для нас причинам запускается процесс строительства. Возникает храм – вместилище генетической информации. Процесс условно можно разбить на несколько этапов (рис. 20):

1. Из хаоса а возникают большие группы химических соединений 6: сахариды (сахар-пентоза), фосфатные группы (остатки фосфорной кислоты), азотистые основания (аденин (А), тимин (Т), гуанин (Г), цитозин (Ц)). Есть большой соблазн заявить: рождаются четыре буквы («А», «Т», «Ц», «Г») из неведомого нам алфавита. И для такого заявления есть вполне определённые основания [6].

2. Группы б объединяются и создают мономер – нуклеотид в, в который входит гидроксильная группа – ОН.

3. Из мономеров-нуклеотидов в возникает макромолекула нуклеиновой кислоты. Она, используя гидроксильную группу ОН, вырастает в гигантскую полинуклеотидную цепь г.

4. Две полинуклеотидные цепи связываются между собой через азотистые основания – А – Т, Ц – Г, возникает молекула ДНК.

 

Рис. 20. Схема организации молекулы ДНК

 

Рис. 21. Основные линейные размеры спирали молекулы ДНК

 

В свою очередь, молекула ДНК образует спираль, закрученную вокруг собственной оси. Диаметр спирали 2 нм с шагом 3, 4 нм.

Что же послужило причиной, в результате которой хаос родил этот храм – вместилище человеческой памяти? Вопрос, на который человечество ищет ответ всё время своего существования. Если опереться на одну из работ П.П. Гаряева, то есть основания для существования и такой гипотезы: «Вероятно, процесс естественной эволюции абиогенно возникшего „первичного бульона“ из органических молекул – предшественников РНК, ДНК, белков и других существенных компонентов биосистем был сочетай с актом введения информации в первые нуклеиновые кислоты, она была артефактом. И эта информация была речевой. „В начале было Слово…“» [6].

 

Хранилище информации

 

Есть достаточно оснований для того, чтобы сегодня сказать уверенно, что хромосомы являются материальным носителем наследуемой человеком информации. Ядро эукариота – шар диаметром примерно 3 × 10-11 м – и является вместилищем 23 пар хромосом, которые изящно уложены в это хранилище.

Понятие хромосомы восходит на нашей памяти в прошлое столетие. Немецкий морфолог В. Вальдейер предложил для обозначения внутриядерной структуры эукариотической клетки термин хромосома. Человек, находясь в плену своей идеи дойти до первопричин, которые могут состоять из простейших кирпичиков, преуспел. Он, исследуя материал ядра эукариота, увидел, что в ядре при добавлении красителя проявляются цветные тела. Появился термин «цветное тело» – хромосома. Прошло немного времени, и в двадцатых годах двадцатого столетия уже возникли основания для заявления: было ясно, что хромосомы являются основой того, что мы сейчас называем кодом наследственной информации [7].

Сегодня о составе хромосомы известно почти всё: она состоит из молекул ДНК, которые, в свою очередь, состоят из двух нитей полинуклеотидных цепей.

Каждая ниточка заботливо намотана на белок. Похоже на проводник с током (нитка полинуклеотидной цепи), который намотан на изолятор (белок), – инженерное представление. Возникает нуклеопротеиновый комплекс – хромосома. В ядре хромосомы присутствуют парами, и таких пар в ядре эукариота 23. Сконструированная природой хромосома, если её мысленно вытянуть в прямую нить, достигнет макроскопических размеров. Поэтому конструктор скрутил хромосому из спиралей молекул ДНК, что позволило упаковать все 23 пары хромосом в ядро, диаметр которого составляет 0, 1 мкм.

В результате в ядре возникла высокая плотность упаковки ажурной цепи атомов с расстоянием друг от друга порядка 3 × 10-11 м. Удивительно, но в этой ажурной цепи возникли объединения нуклеотидов, свойства которых позволяют утверждать, что они являют собой самостоятельные объекты.

Толкование этих объединений восходит к 1865 году, когда основоположник генетики Г. Мендель пришёл к выводу, что наследственный материал представлен отдельными (дискретными) наследственными задатками, отвечающими за развитие определённых признаков организма. В 1909 году В. Иогансен назвал наследственные задатки Г. Менделя генами. В своих воспоминаниях Тимофеев-Ресовский уже говорит: «Гены, наследственные факторы, несомненно, самые занятные и самые существенные элементарные жизненные явления. Это те элементарные части, которые образуют то, что сейчас принято называть кодом наследственной информации… Основной элементарной структурой является ген – элементарная, далее неделимая частица-макромолекула нуклеиновой кислоты. Частица, которая способна к конварьянтной редупликации, то есть способна рядом с собой строить точно подобную себе».

Храм информационной (библиотека или каталог? ) памяти биологических объектов состоит, оказывается, из небольшого набора лёгких атомов начала таблицы Менделева: Н, С, О, Р, N.

Если атомы выстроить в одну линию на расстоянии химических связей друг от друга, то линейные размеры основных строительных элементов храма (без учёта белков) могут быть с определённой степенью приближения представлены в метрах:

 

 

⇐ Предыдущая45678910111213Следующая ⇒

Поделиться: