Все материалы
На главную
Блог эзотерика
Статьи и заметки
Разделы
Карта сайта
Книги
Статьи
Контакты


Все материалы arrow Разделы arrow Практика arrow Часть 1.Попытка реконструкции принципа функционирования живых систем.
Часть 1.Попытка реконструкции принципа функционирования живых систем. | Версия для печати |
Статьи - Мировоззрение
Написал Иван   
12.04.2009
В начале дается краткий обзор состояния биологической науки на сегодня и ключевые проблемы устойчивости биосистем и движущих силах эволюционного процесса. Далее выделяется ключевое звено, связанное с процессом начала возникновения как одноклеточного, так и многоклеточного организма любого типа и дается популярное изложение этого процесса в представлении современной биологической науки.  После этого показывается: как все это можно объяснить и что нового можно сказать о биосистемах с позиции новой доктрины.

Загадка жизни с позиции современного естествознания.

Загадка жизни является, пожалуй, самой интригующей загадкой естествознания с той поры, когда человек попытался сколь-либо объективно систематизировать свои знания о природе. Биология накапливает свои наблюдения над живыми организмами и по мере накопления фактов пытается придумать систему, которая если не объясняет причины жизни, то хотя-бы выстраивает разрозненные факты в некую логически удобоваримую систему. Систематическое знание намного увеличивает эффективность наблюдения и дает советы практического плана (будь-то охота или выращивание биомассы для потребления). Кроме того, система позволяет надеяться на объяснение феномена жизни. К сожалению пока что истина постоянно ускользает, несмотря на то, что количество фактов и локальных систем биологического знания увеличивается. Поэтому различного рода «легенды», которые для солидности называют теориями или, в крайнем случае, законными гипотезами, в биологической области не иссякают. Я не хочу обидеть кого-либо словом «легенда» и сказать, что в ней таится обман. Логически связанное учение, с хорошей опорой на фактический материал, если нет прямых противоречий с практикой – всегда полезно и практично.

И все же мне кажется, что в настоящее время мы подошли к некоторому рубежу. Традиционное биологическое знание, базирующееся на классической химии и физике, себя уже исчерпало и не дает удобоваримого объяснения феномена жизни. Мало что привнесла релятивистская и квантовая физика (разве что помогла физику Шредеру предварить открытие носителей наследственности – генов, что само по себе весьма неплохо). Современные концепции, основанные на теореме Белла, узаконивающей существование «пси-полей» и нелокальное взаимодействие между материальными объектами, это всего лишь попытка объяснения ради объяснения без проработки физики процессов. Так называемые «торсионные» поля при ближайшем рассмотрении оказались всего лишь ошибкой в математических выкладках, хотя это не помешало «адептам нового знания» заработать деньги на всяких «примочка», якобы исправляющих эти поля и оздоравливающих организм.

Наиболее удачной (с моей точки зрения) в настоящее время является концепция, основанная на новом научном направлении, именуемом термином «синергетика» . Попытаюсь вкратце сформулировать свое понимание существа вопроса. Как правильно было подмечено – относительно строгое описание динамических процессов линейными системами дифференциальных уравнений (а это – основа классической физики) на самом деле оказалось в большинстве случаев лишь грубым приближением к реальности. Реальные процессы описываются так называемыми нелинейными уравнениями. А здесь возникает много новых принципиальных моментов. В частности – появление негэнтропийных процессов в открытых системах (коими являются и биологические системы), существование «катастроф» – скачкообразного изменения течения процесса без видимой внешней причины. Отсюда следует весьма важный вывод – возможны случаи такого изменения процессов, когда возникают условия для спонтанного появления новой упорядоченности. Может оно и не спонтанно, но далеко от той предопределенности, которая была заложена в классической механике Лапласом. А ведь именно классическая механика заложила базу учения о так называемой «тепловой смерти Вселенной» (речь идет о втором законе термодинамики).

Но ведь все это – рассуждения общего порядка. Вы никогда не сумеете рассчитать (даже с использованием супер ЭВМ) более или менее значительный отрезок времени жизнедеятельности биологической системы. Разве что подобрав упрощенную модель и отрегулировав соответствующим образом коэффициенты. Но это будет не доказательство, а упрощенная декларация возможностей. В этом ведь и суть концепции нелинейности – вам дают в руки гибкое средство и если манипулировать им достаточно проворно, можно произвести видимость хорошего научного результата.

Наиболее сильной из материалистических концепций настоящего времени (в традиционном понимании слова «материалистический») является (на мой взгляд) концепция А. М. Хазена (г. Москва). В ней делается акцент не на самой нелинейности, а на существовании экстремумов, то бишь – устойчивых состояниях в динамике сложных систем. Наличие таких устойчивых состояний – главный ключ устойчивости любой сложной системы, включая даже атомную систему. Вот где, кстати, кроется ответ на вопрос о том: почему электрон не падает на ядро? Он бы упал – будь система линейной и не имей она устойчивых (резонансных) состояний в определенных состояниях взаимодействия. Хазен эту концепцию обобщает до предела. В любой системе взаимодействующих объектов существуют – причем не как исключение, а как правило – устойчивые состояния, превращающие взаимодействие в стабильную, динамически устойчивую систему. Данная устойчивая система является своего рода «кирпичиком», из которой строятся системы более высокого иерархического порядка.

Но здесь есть одно «но». Если начинать с атома и заканчивать биоценозом, то можно насчитать сотни уровней иерархии, не говоря уже о неподдающемуся измерению количеству возможных состояний внутри каждой иерархии. А получается так, что причина для изменения появляется на каком-то высоком уровне и это ведет к закономерной и взаимосогласованной перестройке на многих нижележащих уровнях. Проще говоря – стимул на верхнем уровне является неким магическим фактором, направляющим сложнейшую организацию в перестройке суперсистемы. Как иначе, к примеру, можно представить себе реализацию преобразования земноводного в птицу? Я понимаю, что стимула летать в жесткой конкурентной борьбе в водном биотопе более чем достаточно. Но лишь биолог может оценить степень перестройки организма, который нужен для возникновения полых костей, преобразования пищеварительного тракта, возникновения оперения, изменения мышечной конституции, формы тела и т. д. И ведь все эти изменения очень даже взаимосогласованы. Получается, что стимул работает как некий магический магнит, направляющий сложные, взаимосвязанные изменения системы в нужную сторону для возникновения новой устойчивой системы. Поскольку математически рассчитать всю эту динамику невозможно – приходится брать на веру, что все именно так и происходит.

Я могу сказать и больше. Уже на уровне клетки надо брать на веру то, что отдельным молекулам приходится путешествовать на «космические» для их масштаба расстояния, для того, что бы обеспечить некий устойчивый процесс и геометрию клеточных структур. Единственной направляющей силой здесь будет служить устойчивость на конечном этапе. Еще более это бросается в глаза при формировании организма из яйцеклетки. Здесь уж воистину «космические» расстояния при миграции клеток. А ведь геометрия получается весьма устойчивой (пример – однояйцовые близнецы).

Замечу, что подобный принцип можно расширить глобально. Почему, к примеру, притягиваются друг к другу космические тела? Вовсе не потому, что действует некая сила притяжения. А просто потому, что весь процесс взаимодействия (диктующий траекторию движения) идет в сторону некоего устойчивого динамического состояния. Можно просто идеализировать иные типы взаимодействия (к примеру – электромагнитное), а гравитацию изъять как лишнее. Есть ныне и такие воззрения.

Не хочу, что бы читатель подумал, что я собираюсь разоблачить кого-то. Вполне возможно, что вышеперечисленные концепции наберут силу и покажут свою практическую полезность. Как говорят – победителя не судят. В сущности – все наше знание – система легенд. Важен результат: умение объяснить, предвидеть, дать рекомендации. Моя концепция, как и вышеперечисленные, стремиться охватить все наши знания в комплексе. Несмотря на фантастичность некоторых допущений – цель та же: попытка все складно объяснить, нащупать новые пути, дать рекомендации. Причиной воинственного неприятия может быть лишь одно: если возникнет противоречие, которое ни как не соответствует наблюдаемым фактам и которое нельзя устранить, не разрушив целостность системы.


Ключевые процессы возникновения живой клетки на современном этапе биологической эволюции земной биосферы.


Каждая область биологической науки начинает изложение своих «легенд» не с каких-то произвольных аспектов деятельности живого организма, а с тек ключевых положений, которые важны для рассмотрения темы данной науки и берет в качестве базиса известные факты и принятые соглашения. Далее эти соглашения могут оспариваться, дополняться, уточняться, расширяться, переосмысливаться. Я не хочу быть исключением. Но что может быть в данном случае базисом? Лично мне кажется наиболее универсальным процесс зарождения живой клетки. Вне зависимости от того к какому типу, классу, роду принадлежит живая клетка – наблюдается удивительно консервативный механизм ее деления и начального развития. Далее уже идут вариации, причем – чем дальше, тем больше. Естественно, если претендуешь на некое основополагающее знание, то хочется внимательно присмотреться именно к этой стороне жизни биосистемы.

Поскольку я не уверен, что мою работу будут читать только профессиональные биологи и дабы не было неоднозначностей в прочтении материала, я вначале дам краткое изложение необходимых сведений из биологии. Общие сведения о строении клетки я давать не буду, отнеся желающих к обычным учебникам биологии для средних школ. Из многочисленных органоидов клетки я обращу внимание только на ядро и его содержимое – хромосомы, а так же небольшое образование в цитоплазме – центросому (клеточный центр).

Клеточный центр – специфическая субмикроскопическая структура, которую можно изучать в клетках, способных делиться. Состоит этот органоид из двух палочковидных телец, стенки которых построены из девяти пар мельчайших трубчатых образований. Эти тельца называются центриолями. Они окружены плотным слоем цитоплазмы. Находясь непосредственно около ядра и аппарата Гольджи, клеточный центр активно участвует в процессе деления клетки.

В ядре находятся своеобразные окрашивающиеся тельца – хромосомы (хромо – краска, сомо – тело). Именно они являются носителями наследственности. Хромосомы даже в одном ядре обычно различаются между собой. В каждой хромосоме имеется первичная перетяжка с так называемой центромерой. Центромера – очень важная деталь хромосомы. К ней прикрепляется нить веретена деления клетки.

К наиболее важным свойствам хромосом относят: индивидуальность, парность, постоянство числа хромосом в каждом ядре. Парность хромосом выражается в том, что каждая из них представлена в клетке тела обычно в виде пары. Причем одна хромосома из пары приходится от матери, а другая – от отца. Внешне они идентичны (гомологичны).

При делении клетки каждая хромосома воспроизводит себе подобную. Благодаря этому их свойству происходит закономерное наследование признаков организма.

Основной способ деления клеток тела – митоз. При митозе число хромосом остается таким же, каким оно было в исходной клетке. В процессе деления клетки каждая хромосома воспроизводит себе подобную, в результате чего в каждую дочернюю клетку попадает полный набор всех хромосом, имевшихся в исходной клетке. Это наиболее распространенный способ деления животных и растительных клеток.

В митозе различают пять последовательных стадий: интерфазу, профазу, метафазу, анафазу и телофазу. Иногда две первые фазы объединяют в одну и называют ее профазой.

В интерфазе происходит обычно удвоение хромосомных нитей. Каждая из них воспроизводит себе подобную, но полностью одна от другой они не отделяются, удерживаясь вместе общей центромерой.

В профазе хромосомы бывают видны вначале в виде длинных, тонких, но уже спирализованных двойных нитей. Затем в результате дальнейшей спирализации они становятся более компактными, короткими и утолщенными. Ядрышко в конце профазы исчезает, а центросома делиться и центриоли отходят одна от другой к полюсам клетки. Образуется так называемое веретено деления клетки с непрерывными нитями, идущими от центросомы к центромерам хромосом. Оболочка ядра в конце профазы обычно распадается на мелкие части.

В метафазе все хромосомы располагаются в экваториальной плоскости клетки. Центромеры хромосом при этом размещаются строго в одной плоскости и точно посередине веретена деления.

В анафазе центромеры, связывающие каждая по паре сестринских хромосом, делятся и разъединившиеся благодаря этому хромосомы-сестры расходятся в противоположные стороны к полюсам клетки.

Телофаза – завершающий этап деления клетки. Он заканчивается образованием двух ядер, разделением цитоплазмы и возникновением оболочки между отделившимися клетками.

При образовании половых клеток происходит особый вид деления, называемый мейозом (от греческого мейон – меньше). Точнее говоря, мейоз представляет собой не одно, а два последовательных деления. В результате первого число хромосом в дочерних клетках уменьшается вдвое, поэтому оно называется редукционным (от латинского редуцере – уменьшение). Второе деление нередко называют эквационным, то есть равным, поскольку в результате его число хромосом в дочерних клетках остается таким же, каким оно было в материнской клетке.

Во время указанных делений, составляющих мейоз, различают те же фазы, какие наблюдаются в митозе.

Интерфаза первого деления аналогична интерфазе митоза. Вновь образовавшаяся пара хромосом, связанных общей центромерой, в течение всего первого деления ведет себя как одиночная хромосома.

В профазе первого деления вначале так же происходит спирализация хромосом, благодаря чему они становятся более короткими и утолщенными. Хромосомы, одна из которых материнская, а другая отцовская, сближаются попарно и плотно соприкасаются по всей их длине. Эти хромосомы сходны по форме, они называются гомологичными, а процесс сближения и соприкосновения по длине этих хромосом – конъюгацией. В процессе конъюгации материнские и отцовские хромосомы могут обмениваться своими участками. Этот процесс вызывает изменения в наследовании соответствующих признаков в потомстве (и, как будет показано ниже, не только это).

В метафазе первого деления конъюгирующие хромосомы располагаются в экваториальной плоскости клетки. В это время хорошо видны нити, идущие от полюсов клетки к центромерам хромосом. Наступает момент, когда конъюгирующие хромосомы, как по команде, отделяются друг от друга и одна половина их стремительно движется к одному полюсу клетки, другая – к противоположному. Это происходит уже в анафазе.

В телофазе первого деления образуются дочерние ядра. В каждом из них число хромосом оказывается гаплоидным, т. е. в два раза меньшим, чем оно было в исходной клетке до начала мейоза (считаем, что удвоенные хромосомы – это единые хромосомы).

Обычно в анафазе первого деления к одному полюсу отходит часть отцовских и часть материнских хромосом. При этом могут образовываться различные сочетания.

В мейозе тотчас за первым делением клеток следует второе деление, самая характерная особенность которого заключается в том, что перед его началом хромосомы не воспроизводят себе подобных. Однако каждая хромосома оказывается состоящей из двух хроматид, возникших в интерфазе первого деления.

Далее все происходит по обычному сценарию, как в митодическом делении. В результате мейоза из одной клетки образуется четыре (две после первого деления и четыре после второго). И каждая из них имеет гаплоидный (то есть половинный) набор хромосом. Гомологичные хромосомы в гаплоидном наборе обычно отсутствуют. Зато при слиянии женской и мужской клеток образуется диплоидный набор с гомологичными парами.

А теперь напомню: как конкретно образуются половые клетки в человеческом организме с традиционной научной точки зрения.

У мужчин в зрелом возрасте процесс образования сперматозоида (мужской половой клетки) начинается в семенниках (в яичках). Внутри каждого яичка имеется 250 – 300 долек. В паренхиме каждой дольки находится 2 – 3 извитых семенных канальца, содержащих сперматогенный эпителий. Направляясь к средостению яичка, извитые семенные канальца в области вершин долек сливаются друг с другом и образуют короткие прямые семенные канальцы. Эти канальцы впадают в сеть яичка, которая расположена в толще средостения яичка. Далее половые клетки попадают в придаток яичка. Проток придатка яичка в расправленном виде достигает 6 – 8 м длины. И лишь потом половые клетки попадают в семявыводящий проток. Мужские половые клетки (сперматозоиды) вырабатываются только в извитых семенных канальцах яичка. Все остальное – семявыводящие пути. Каждый семенной каналец разбит на зоны. В пределах каждой из них происходит определенная фаза образования половой клетки (а их не так уж мало).

В семенниках клетки зародышевой ткани вначале делятся обычным митозом. У половозрелых особей в результате такого деления образуются сперматогонии. Они имеют диплоидный (обычный) набор хромосом. В результате митоза в сперматогониях возникают сперматоциты первого порядка. Они становятся более крупными клетками, чем их предшественники. С деления сперматоцитов первого порядка начинается мейоз. Путем редукционного деления из них образуются сперматоциты второго порядка с гаплоидным набором хромосом. Сперматоциты второго порядка делятся эквационно, в результате чего образуются сперматиды, которые превращаются в зрелые сперматозоиды. При этом головка сперматозоида образуется в основном из ядра, а его хвостовик – из цитоплазмы. В шейке и промежуточной части его сосредотачиваются центросома и митохондрии («силовые станции» клетки).

Половая железа женского организма – яичник (парный орган, как и семенник у мужчины). Располагается в полости малого таза. В яичнике развиваются и созревают женские половые клетки (яйцеклетки). Если еще точнее, то яйцеклетки образуются в так называемых фолликулах яичника (граафовы пузырьки), которые располагаются в наружном слое яичника – корковом веществе. Зрелый яичниковый фолликул достигает в диаметре 1 см и постепенно достигает поверхностного слоя яичника. Во время овуляции стенка такого фолликула разрывается, яйцеклетка вместе с фолликулярной жидкостью поступает в брюшную полость, где попадает на бахромки трубы, а затем в брюшное (брюшинное) отверстие маточной трубы.

При созревании яйцеклеток мейоз начинается с деления овоцитов первого порядка. В результате первого деления из овоцитов первого порядка образуется овоцит второго порядка с гаплоидным набором хромосом и запасом питательных веществ и микроскопически малая клеточка без запаса питательных веществ, но так же с гаплоидным набором хромосом – первое полярное тельце. Обе эти клетки (овоцит второго порядка и первое полярное тельце) делятся эквационно и превращаются в оотиды. Однако из каждых четырех оотид лишь одна, обладающая необходимым запасом питательных веществ, становится зрелой и способной к оплодотворению яйцеклеткой. Остальные три оотиды отмирают.

Нужно сказать, что данный процесс образования женских и мужских половых клеток на удивление консервативен. Возьмем, к примеру, весьма и весьма непохожий на человеческий живой организм – любое покрытосеменное растение. У мужской особи при созревании гамет в результате мейоза из одной клетки образуются четыре гаплоидные клетки и каждая из них превращается в пыльцевое зерно.

Женские гаметы у растений развиваются в семяпочках из диплоидных клеток – мегаспор. Этот процесс у большинства покрытосеменных протекает следующим образом. Из мегаспор в результате мейоза образуются четыре гаплоидных клетки. Три из них затем отмирают и рассасываются, а из четвертой возникает зародышевый мешок. Далее идет сложный процесс с митодическим делением клеток, в результате которого одна клетка с гаплоидным набором становится зрелой яйцеклеткой.

То, что я описал – классика. Ее можно прочитать в обычных учебниках по биологии. А вот и кое-что новое.

В 1978 – 1981 гг. Н. И. Мушкабаров в сотрудничестве с Н. П. Волковой выполнили ряд весьма интересных экспериментов. Общий замысел был таков: сравнить у животных разного возраста половые клетки одинаковых стадий развития. Если эти клетки вообще не стареют, то у разновозрастных животных они будут одинаково молоды. А если стареют, то интересно – на какой стадии развития они омолаживаются?

В результате сложных экспериментов выяснились две принципиальные вещи. Во-первых: возрастные различия между однородными клетками достоверно существуют. То есть половые клетки стареют, как и обычные. Во-вторых: в середине сперматогенеза, как раз после мейоза, различия становятся меньше. То есть происходит омоложение клеток.

Далее авторы делают свои предположения [ ж. «Химия и жизнь», №7 за 1991 г. ]. В профазе мейоза гомологичные хромосомы прилегают друг к другу и обмениваются участками. При этом резко активизируются ферменты, разрывающие и сшивающие ДНК. Но аналогичные или те же самые ферменты входят в систему репарации (ремонта) ДНК. Следовательно, из-за активизации этих ферментов может происходить (и скорее всего происходит) не только межхромосомный обмен участками, но и улучшение «качества» ДНК, то есть омоложение.

 
< Пред.   След. >

Дизайн сайта Padayatra Dmytriy