Attālā gēnu pārraide: zinātnieka Aleksandra Gurviča pētījumi

2024 Autors: Seth Attwood | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-16 16:11

1906. gada pavasara beigās Aleksandrs Gavrilovičs Gurvičs, kura trīsdesmito gadu vidū jau bija pazīstams zinātnieks, tika demobilizēts no armijas. Kara laikā ar Japānu viņš kalpoja par ārstu Čerņigovā dislocētajā aizmugures pulkā. (Tieši tur Gurvičs, pēc viņa paša vārdiem, "bēgdams no piespiedu dīkstāves", uzrakstīja un ilustrēja "Atlasu un eseju par mugurkaulnieku embrioloģiju", kas nākamo trīs gadu laikā tika izdota trīs valodās).

Tagad viņš ar jauno sievu un mazo meitu dodas uz visu vasaru uz Rostovu Lielo - pie sievas vecākiem. Viņam nav darba, un viņš joprojām nezina, vai paliks Krievijā vai atkal dosies uz ārzemēm.

Aiz Minhenes Universitātes Medicīnas fakultātes, disertācijas aizstāvēšanas Strasbūrā un Bernes Universitātē. Jaunais krievu zinātnieks jau ir pazīstams ar daudziem Eiropas biologiem, viņa eksperimentus augstu novērtē Hanss Drīss un Vilhelms Rū. Un tagad - trīs mēneši pilnīgas izolācijas no zinātniskā darba un kontaktiem ar kolēģiem.

Šovasar A. G. Gurvičs pārdomā jautājumu, kuru viņš pats formulēja šādi: "Ko tas nozīmē, ka es sevi saucu par biologu, un ko es patiesībā gribu zināt?" Pēc tam, ņemot vērā rūpīgi izpētīto un ilustrēto spermatoģenēzes procesu, viņš nonāk pie secinājuma, ka dzīvo būtņu izpausmes būtība ir sakarības starp atsevišķiem notikumiem, kas notiek sinhroni. Tas noteica viņa "skata leņķi" bioloģijā.

Iespiestais mantojums A. G. Gurvičs - vairāk nekā 150 zinātnisku rakstu. Lielākā daļa no tiem tika publicēti vācu, franču un angļu valodā, kas piederēja Aleksandram Gavrilovičam. Viņa darbs atstāja spilgtas pēdas embrioloģijā, citoloģijā, histoloģijā, histofizioloģijā, vispārējā bioloģijā. Bet varbūt pareizi būtu teikt, ka "viņa radošās darbības galvenais virziens bija bioloģijas filozofija" (no grāmatas "Aleksandrs Gavrilovičs Gurvičs. (1874-1954)". Maskava: Nauka, 1970).

A. G. Gurvičs 1912. gadā bija pirmais, kurš bioloģijā ieviesa jēdzienu "lauks". Bioloģiskā lauka koncepcijas izstrāde bija viņa darba galvenā tēma un ilga vairāk nekā vienu desmitgadi. Šajā laikā Gurviča uzskati par bioloģiskā lauka būtību ir piedzīvojuši pamatīgas izmaiņas, taču vienmēr tika runāts par lauku kā vienotu faktoru, kas nosaka bioloģisko procesu virzību un sakārtotību.

Lieki piebilst, kāds bēdīgs liktenis sagaidīja šo koncepciju nākamajā pusgadsimtā. Bija daudz spekulāciju, kuru autori apgalvoja, ka ir sapratuši tā sauktā "biolauka" fizisko būtību, kāds nekavējoties uzņēmās cilvēkus ārstēt. Daži atsaucās uz A. G. Gurvičs, nemaz netraucējot ar mēģinājumiem iedziļināties sava darba jēgā. Vairākums par Gurviču nezināja un, par laimi, uz to neatsaucās, jo ne uz pašu terminu "biolauks", ne arī dažādiem A. G. darbības skaidrojumiem. Gurvičam ar to nav nekāda sakara. Tomēr šodien vārdi "bioloģiskais lauks" izraisa neslēptu skepsi izglītotos sarunu biedros. Viens no šī raksta mērķiem ir pastāstīt lasītājiem patiesu stāstu par ideju par bioloģisko lauku zinātnē.

Kas kustina šūnas

A. G. Gurvičs nebija apmierināts ar teorētiskās bioloģijas stāvokli 20. gadsimta sākumā. Viņu nepiesaistīja formālās ģenētikas iespējas, jo viņš apzinājās, ka "iedzimtības pārnešanas" problēma būtiski atšķiras no īpašību "īstenošanas" organismā problēmas.

Iespējams, ka bioloģijas svarīgākais uzdevums līdz pat mūsdienām ir atbildes meklējumi uz "bērnišķīgo" jautājumu: kā no vienas šūnas mikroskopiskas bumbiņas rodas dzīvas būtnes visā to daudzveidībā? Kāpēc dalīšanās šūnas veido nevis bezveidīgas kunkuļainas kolonijas, bet gan sarežģītas un perfektas orgānu un audu struktūras? Tā laika attīstības mehānikā tika pieņemta V. Ru piedāvātā cēloņsakarības analītiskā pieeja: embrija attīstību nosaka daudz stingru cēloņu un seku sakarību. Taču šī pieeja nesaskanēja ar G. Driša eksperimentu rezultātiem, kuri pierādīja, ka eksperimentāli radītas krasas novirzes nedrīkst traucēt veiksmīgai attīstībai. Tajā pašā laikā atsevišķas ķermeņa daļas vispār neveidojas no tām struktūrām, kas ir normālas - bet tās veidojas! Tāpat paša Gurviča eksperimentos, pat intensīvi centrifugējot abinieku olas, pārkāpjot to redzamo struktūru, tālākā attīstība noritēja līdzvērtīgi – tas ir, beidzās tāpat kā veselām olām.

Rīsi. 1 Attēli A. G. Gurvičs no 1914. gada - shematiski šūnu slāņu attēli haizivs embrija nervu caurulītē. 1 - sākotnējā veidošanās konfigurācija (A), turpmākā konfigurācija (B) (treknā līnija - novērotā forma, punktēta - pieņemts), 2 - sākotnējā (C) un novērotā konfigurācija (D), 3 - sākotnējā (E), paredzamā (F) … Perpendikulāras līnijas parāda šūnu garās asis - "ja veido līkni, kas ir perpendikulāra šūnu asīm noteiktā attīstības brīdī, var redzēt, ka tā sakritīs ar šīs zonas vēlākas attīstības stadijas kontūru"

A. G. Gurvičs veica statistisku pētījumu par mitozēm (šūnu dalīšanos) simetriskās embrija vai atsevišķu orgānu daļās un pamatoja jēdzienu "normalizējošs faktors", no kura vēlāk radās lauka jēdziens. Gurvičs konstatēja, ka viens faktors kontrolē kopējo ainu par mitožu izplatību embrija daļās, nemaz nenosakot precīzu katras no tām laiku un atrašanās vietu. Neapšaubāmi, lauka teorijas priekšnoteikums bija ietverts slavenajā Driesch formulā "elementa paredzamo likteni nosaka tā stāvoklis kopumā". Šīs idejas apvienojums ar normalizācijas principu ved Gurviču pie izpratnes par sakārtotību dzīvajā kā elementu "pakārtošanu" vienotam veselumam – pretstatā to "mijiedarbībai". Savā darbā "Iedzimtība kā realizācijas process" (1912) viņš pirmo reizi attīsta embrionālā lauka koncepciju - morfu. Faktiski tas bija priekšlikums pārraut apburto loku: izskaidrot sākotnēji viendabīgo elementu neviendabīguma rašanos kā funkciju no elementa stāvokļa veseluma telpiskajās koordinātēs.

Pēc tam Gurvičs sāka meklēt likuma formulējumu, kas apraksta šūnu kustību morfoģenēzes procesā. Viņš atklāja, ka smadzeņu attīstības laikā haizivju embrijiem “neirona epitēlija iekšējā slāņa šūnu garās asis jebkurā brīdī bija orientētas nevis perpendikulāri veidojuma virsmai, bet gan noteiktā (15- 20 ') leņķī pret to. Leņķu orientācija ir dabiska: ja noteiktā attīstības brīdī izveido līkni, kas ir perpendikulāra šūnu asīm, var redzēt, ka tā sakritīs ar šīs zonas vēlāka attīstības posma kontūru” (1. att.). Likās, ka šūnas "zina", kur noliekties, kur izstiepties, lai izveidotu vēlamo formu.

Lai izskaidrotu šos novērojumus, A. G. Gurvičs ieviesa jēdzienu "spēka virsma", kas sakrīt ar rudimenta gala virsmas kontūru un vada šūnu kustību. Taču pats Gurvičs apzinājās šīs hipotēzes nepilnību. Papildus matemātiskās formas sarežģītībai viņu neapmierināja jēdziena “teleoloģija” (šķita, ka tā šūnu kustību pakārto neesošai, nākotnes formai). Nākamajā darbā "Par embrionālo lauku koncepciju" (1922) "rudimenta galīgā konfigurācija tiek uzskatīta nevis par pievilcīgu spēka virsmu, bet gan par lauka ekvipotenciālu virsmu, kas izplūst no punktveida avotiem." Tajā pašā darbā pirmo reizi tika ieviests jēdziens "morfoģenētiskais lauks".

Jautājumu Gurvičs uzdeva tik plaši un izsmeļoši, ka jebkura morfoģenēzes teorija, kas varētu rasties nākotnē, pēc būtības būs tikai cita veida lauka teorija.

L. V. Belousovs, 1970

Biogēns ultravioletais

"Mitoģenēzes problēmas pamati un saknes tika likti manā nemitīgajā interesē par brīnumaino kariokinēzes fenomenu (tā mitozi sauca pagājušā gadsimta vidū. - Red. Piezīme)," rakstīja A. G. Gurvičs 1941. gadā savās autobiogrāfiskajās piezīmēs."Mitoģenēze" - darba termins, kas dzimis Gurviča laboratorijā un drīzumā nonācis vispārēji, ir līdzvērtīgs jēdzienam "mitoģenētiskais starojums" - ļoti vājš dzīvnieku un augu audu ultravioletais starojums, stimulējot šūnu dalīšanās procesu (mitoze).

A. G. Gurvičs nonāca pie secinājuma, ka mitozes dzīvā objektā ir jāuzskata nevis par atsevišķiem notikumiem, bet gan kopumā, par kaut ko saskaņotu - vai tās ir stingri organizētas olšūnas šķelšanās pirmo fāžu mitozes vai šķietami nejaušas mitozes olšūnas audos. pieaugušais dzīvnieks vai augs. Gurvičs uzskatīja, ka tikai organisma integritātes atpazīšana ļaus apvienot molekulārā un šūnu līmeņa procesus ar mitožu izplatības topogrāfiskajām iezīmēm.

Kopš 1920. gadu sākuma A. G. Gurvičs apsvēra dažādas ārējās ietekmes iespējas, kas stimulē mitozi. Viņa redzeslokā atradās augu hormonu jēdziens, ko tajā laikā izstrādāja vācu botāniķis G. Haberlandts. (Viņš uzlika augu audiem sasmalcinātu šūnu vircu un novēroja, kā audu šūnas sāk aktīvāk dalīties.) Taču nebija skaidrs, kāpēc ķīmiskais signāls neietekmē visas šūnas vienādi, kāpēc, teiksim, mazās šūnas dalās vairāk. biežāk nekā lielas. Gurvičs ierosināja, ka visa būtība ir šūnas virsmas struktūrā: iespējams, jaunās šūnās virsmas elementi ir sakārtoti īpašā veidā, kas ir labvēlīgi signālu uztveršanai, un, šūnai augot, šī organizācija tiek izjaukta. (Protams, tajā laikā nebija jēdziena par hormonu receptoriem.)

Taču, ja šis pieņēmums ir pareizs un signāla uztverei svarīgs ir dažu elementu telpiskais sadalījums, pieņēmums pats par sevi liecina, ka signālam var būt nevis ķīmisks, bet fizisks raksturs: piemēram, starojums, kas ietekmē dažas šūnas struktūras. virsma ir rezonējoša. Šie apsvērumi galu galā tika apstiprināti eksperimentā, kas vēlāk kļuva plaši pazīstams.

Rīsi. 2 Mitozes indukcija sīpola saknes galā (zīmējums no darba "Das Problem der Zellteilung physiologisch betrachtet", Berlīne, 1926). Paskaidrojumi tekstā

Šeit ir šī eksperimenta apraksts, kas tika veikts 1923. gadā Krimas universitātē. “Izstarojošā sakne (induktors), kas savienota ar spuldzi, tika nostiprināta horizontāli, un tās gals tika novirzīts uz meristēmas zonu (tas ir, šūnu proliferācijas zonu, kas šajā gadījumā atrodas arī pie saknes gala. - Red. Piezīme) otrā līdzīgā sakne (detektors), kas fiksēta vertikāli. Attālums starp saknēm bija 2–3 mm”(2. att.). Ekspozīcijas beigās uztverošā sakne tika precīzi iezīmēta, fiksēta un sagriezta virknē garenisko daļu, kas iet paralēli mediālajai plaknei. Sekcijas tika pārbaudītas mikroskopā, un mitožu skaits tika skaitīts apstarotajā un kontroles pusē.

Tolaik jau bija zināms, ka mitožu skaita (parasti 1000-2000) nesakritība abās saknes gala pusēs parasti nepārsniedz 3-5%. Tādējādi "ievērojams, sistemātisks, krasi ierobežots mitožu skaita pārsvars" uztverošās saknes centrālajā zonā - un tas ir tas, ko pētnieki saskatīja griezumos - neapstrīdami liecināja par ārēja faktora ietekmi. Kaut kas, kas izplūst no induktora saknes gala, lika detektora saknes šūnām aktīvāk dalīties (3. att.).

Turpmākie pētījumi skaidri parādīja, ka runa ir par radiāciju, nevis par gaistošām ķīmiskām vielām. Trieciens izplatījās šaura paralēla stara veidā – tiklīdz inducējošā sakne tika nedaudz novirzīta uz sāniem, efekts pazuda. Tas arī pazuda, kad starp saknēm ievietoja stikla plāksni. Bet, ja plāksne bija no kvarca, efekts saglabājās! Tas liecināja, ka starojums bija ultravioletais. Vēlāk tā spektrālās robežas tika noteiktas precīzāk - 190-330 nm, un vidējā intensitāte tika novērtēta 300-1000 fotonu / s uz kvadrātcentimetru līmenī. Citiem vārdiem sakot, Gurviča atklātais mitoģenētiskais starojums bija vidējs un ļoti zemas intensitātes ultravioletais starojums. (Saskaņā ar mūsdienu datiem, intensitāte ir vēl mazāka - tā ir desmitiem fotonu / s uz kvadrātcentimetru.)

Rīsi. 3 Četru eksperimentu efektu grafisks attēlojums. Pozitīvais virziens (virs abscisu ass) nozīmē mitozes pārsvaru apstarotajā pusē

Dabisks jautājums: kā ir ar saules spektra ultravioleto starojumu, vai tas ietekmē šūnu dalīšanos? Eksperimentos šāds efekts tika izslēgts: grāmatā A. G. Gurvičs un L. D. Gurvich "Mitoģenētiskais starojums" (M., Medgiz, 1945), metodisko ieteikumu sadaļā skaidri norādīts, ka eksperimentu laikā logi ir jāaizver, laboratorijās nedrīkst būt atklātas liesmas un elektrisko dzirksteļu avoti. Turklāt eksperimentiem obligāti bija pievienotas kontroles. Taču jāņem vērā, ka saules UV intensitāte ir ievērojami augstāka, tāpēc tās ietekmei uz dzīviem objektiem dabā, visticamāk, vajadzētu būt pavisam citai.

Darbs pie šīs tēmas kļuva vēl intensīvāks pēc A. G. pārejas. Gurvičs 1925. gadā Maskavas Universitātē - viņš vienbalsīgi tika ievēlēts par Medicīnas fakultātes Histoloģijas un embrioloģijas katedras vadītāju. Mitoģenētiskais starojums konstatēts rauga un baktēriju šūnās, jūras ežu un abinieku olšūnas, audu kultūrās, ļaundabīgo audzēju šūnās, nervu (tostarp izolētos aksonos) un muskuļu sistēmās, veselu organismu asinīs. Kā redzams no saraksta, izdalījās arī nedalāmi audi - atcerēsimies šo faktu.

J. un M. Magrū Pastēra institūtā pētīja jūras ežu kāpuru attīstības traucējumus, kas XX gadsimta 30. gados tika turēti noslēgtos kvarca traukos baktēriju kultūru ilgstoša mitoģenētiskā starojuma ietekmē. (Šodien līdzīgus pētījumus ar zivju un abinieku embrijiem Maskavas Valsts universitātes biofāzijās veic A. B. Burlakovs.)

Vēl viens svarīgs jautājums, ko pētnieki sev uzdeva tajos pašos gados: cik tālu starojuma darbība izplatās dzīvos audos? Lasītājs atcerēsies, ka eksperimentā ar sīpolu saknēm tika novērots lokāls efekts. Vai bez viņa ir arī tāldarbība? Lai to noskaidrotu, tika veikti modeļu eksperimenti: lokāli apstarojot garas mēģenes, kas pildītas ar glikozes, peptona, nukleīnskābju un citu biomolekulu šķīdumiem, starojums izplatījās caur cauruli. Tā sauktā sekundārā starojuma izplatīšanās ātrums bija aptuveni 30 m/s, kas apstiprināja pieņēmumu par procesa radiācijas ķīmisko raksturu. (Mūsdienu terminos runājot, biomolekulas, absorbējot UV fotonus, fluorescēja, izstarojot fotonu ar garāku viļņa garumu. Fotoni savukārt izraisīja sekojošas ķīmiskas pārvērtības.) Patiešām, dažos eksperimentos tika novērota starojuma izplatīšanās visā viļņa garumā. bioloģisks objekts (piemēram, viena un tā paša priekšgala garajās saknēs).

Gurvičs un viņa kolēģi arī parādīja, ka fiziska avota ļoti novājinātais ultravioletais starojums arī veicina šūnu dalīšanos sīpolu saknēs, tāpat kā bioloģiskais induktors.

Mūsu formulējums par bioloģiskā lauka pamatīpašību savā saturā neatspoguļo nekādas analoģijas ar fizikā zināmajiem laukiem (lai gan tas, protams, nav pretrunā ar tiem).

A. G. Gurvičs. Analītiskās bioloģijas un šūnu lauka teorijas principi

Fotoni vada

No kurienes dzīvā šūnā nāk UV starojums? A. G. Gurvičs un kolēģi savos eksperimentos reģistrēja enzīmu un vienkāršu neorganisku redoksreakciju spektrus. Kādu laiku jautājums par mitoģenētiskā starojuma avotiem palika atklāts. Bet 1933. gadā pēc fotoķīmiķa V. Frankenburgera hipotēzes publicēšanas kļuva skaidra situācija ar intracelulāro fotonu izcelsmi. Frankenburgers uzskatīja, ka augstas enerģijas ultravioleto kvantu parādīšanās avots ir reti sastopami brīvo radikāļu rekombinācijas akti, kas notiek ķīmisko un bioķīmisko procesu laikā, un to retuma dēļ neietekmē kopējo reakciju enerģijas bilanci.

Enerģiju, kas izdalās radikāļu rekombinācijas laikā, absorbē substrāta molekulas un izstaro ar šīm molekulām raksturīgo spektru. Šo shēmu pilnveidoja N. N. Semjonovs (topošais Nobela prēmijas laureāts) un šajā formā tika iekļauts visos turpmākajos rakstos un monogrāfijās par mitoģenēzi. Mūsdienu dzīvo sistēmu ķīmiskās luminiscences izpēte ir apstiprinājusi šo mūsdienās vispārpieņemto uzskatu pareizību. Šeit ir tikai viens piemērs: fluorescējošu olbaltumvielu pētījumi.

Protams, olbaltumvielās tiek absorbētas dažādas ķīmiskās saites, tajā skaitā peptīdu saites - vidējā ultravioletajā (visintensīvāk - 190-220 nm). Bet fluorescences pētījumiem svarīgas ir aromātiskās aminoskābes, īpaši triptofāns. Tam ir absorbcijas maksimums pie 280 nm, fenilalanīnam pie 254 nm un tirozīnam pie 274 nm. Absorbējot ultravioletā starojuma kvantus, šīs aminoskābes pēc tam izstaro tos sekundārā starojuma veidā – dabiski, ar garāku viļņa garumu, ar spektru, kas raksturīgs konkrētajam proteīna stāvoklim. Turklāt, ja proteīnā ir vismaz viens triptofāna atlikums, tad tikai tas fluorescēs - tajā tiek pārdalīta tirozīna un fenilalanīna atlikumu absorbētā enerģija. Triptofāna atlikuma fluorescences spektrs ir ļoti atkarīgs no vides – vai atlikums atrodas, teiksim, globulas virsmas tuvumā vai iekšpusē utt., un šis spektrs mainās 310-340 nm diapazonā.

A. G. Gurvičs un viņa kolēģi peptīdu sintēzes modeļu eksperimentos parādīja, ka ķēdes procesi, kuros iesaistīti fotoni, var izraisīt šķelšanos (fotodisociāciju) vai sintēzi (fotosintēzi). Fotodisociācijas reakcijas pavada starojums, savukārt fotosintēzes procesi neizstaro.

Tagad kļuva skaidrs, kāpēc izdala visas šūnas, bet mitozes laikā – īpaši spēcīgi. Mitozes process ir energoietilpīgs. Turklāt, ja augošā šūnā enerģijas uzkrāšana un iztērēšana notiek paralēli asimilācijas procesiem, tad mitozes laikā šūnas uzkrātā enerģija starpfāzē tiek tikai patērēta. Notiek sarežģītu intracelulāro struktūru (piemēram, kodola apvalka) sadalīšanās un enerģiju patērējoša atgriezeniska jaunu - piemēram, hromatīna superspirāļu - radīšana.

A. G. Gurvičs un viņa kolēģi veica arī darbu pie mitoģenētiskā starojuma reģistrācijas, izmantojot fotonu skaitītājus. Papildus Gurvich laboratorijai Ļeņingradas IEM šie pētījumi ir arī Ļeņingradā, Phystech pie A. F. Ioffe, kuru vadīja G. M. Frenks kopā ar fiziķiem Yu. B. Haritons un S. F. Rodionovs.

Rietumos ar mitoģenētiskā starojuma reģistrāciju, izmantojot fotopavairotāja lampas, nodarbojās tādi ievērojami speciālisti kā B. Raevskis un R. Odubers. Jāatgādina arī slavenā fiziķa V. Gerlaha (kvantitatīvās spektrālās analīzes pamatlicēja) skolnieks G. Barts. Barts divus gadus strādāja laboratorijā A. G. Gurviču un turpināja pētījumus Vācijā. Viņš saņēma ticamus pozitīvus rezultātus, strādājot ar bioloģiskiem un ķīmiskiem avotiem, un turklāt sniedza nozīmīgu ieguldījumu īpaši vāja starojuma noteikšanas metodoloģijā. Barth veica provizorisku jutības kalibrēšanu un fotopavairotāju atlasi. Mūsdienās šī procedūra ir obligāta un ierasta ikvienam, kas mēra vājas gaismas plūsmas. Taču tieši šīs un dažu citu nepieciešamo prasību neievērošana virknei pirmskara pētnieku neļāva gūt pārliecinošus rezultātus.

Šodien Starptautiskajā Biofizikas institūtā (Vācija) F. Popa vadībā iegūti iespaidīgi dati par supervāja starojuma reģistrēšanu no bioloģiskiem avotiem. Tomēr daži viņa oponenti ir skeptiski pret šiem darbiem. Viņi mēdz uzskatīt, ka biofotoni ir vielmaiņas blakusprodukti, sava veida gaismas troksnis, kam nav bioloģiskas nozīmes. "Gaismas emisija ir pilnīgi dabiska un pašsaprotama parādība, kas pavada daudzas ķīmiskas reakcijas," uzsver fiziķis Rainers Ulbrihs no Getingenes universitātes. Biologs Ginters Rots situāciju vērtē šādi: “Biofotoni pastāv bez šaubām – šodien to viennozīmīgi apliecina mūsdienu fizikas rīcībā esošās īpaši jutīgās ierīces. Kas attiecas uz Popa interpretāciju (mēs runājam par to, ka hromosomas it kā izstaro koherentus fotonus. – Redaktora piezīme), tā ir skaista hipotēze, taču piedāvātais eksperimentālais apstiprinājums joprojām ir pilnīgi nepietiekams, lai atzītu tās pamatotību. No otras puses, jāņem vērā, ka šajā gadījumā ir ļoti grūti iegūt pierādījumus, jo, pirmkārt, šī fotonu starojuma intensitāte ir ļoti zema, un, otrkārt, klasiskās lāzera gaismas noteikšanas metodes, ko izmanto fizikā, ir ļoti zemas. šeit ir grūti pieteikties."

No jūsu valsts publicētajiem bioloģiskajiem darbiem nekas vairāk nepiesaista zinātniskās pasaules uzmanību kā jūsu darbs.

No Albrehta Betes vēstules, kas datēta 1930. gada 1. augustā, A. G. Gurvičs

Kontrolēta nelīdzsvarotība

Regulējošās parādības protoplazmā A. G. Gurvičs sāka domāt pēc saviem agrīnajiem eksperimentiem, centrifugējot abinieku un adatādaiņu apaugļotas olas. Gandrīz 30 gadus vēlāk, izprotot mitoģenētisko eksperimentu rezultātus, šī tēma saņēma jaunu impulsu. Gurvičs ir pārliecināts, ka materiāla substrāta (biomolekulu kopuma) strukturālā analīze, kas reaģē uz ārējām ietekmēm neatkarīgi no tā funkcionālā stāvokļa, ir bezjēdzīga. A. G. Gurvičs formulē protoplazmas fizioloģisko teoriju. Tās būtība ir tāda, ka dzīvajām sistēmām ir īpašs molekulārais aparāts enerģijas uzkrāšanai, kas būtībā ir nelīdzsvarots. Vispārinātā veidā tā ir idejas fiksācija, ka enerģijas pieplūdums ir nepieciešams ķermenim ne tikai izaugsmei vai darbam, bet galvenokārt, lai uzturētu stāvokli, ko mēs saucam par dzīvu.

Pētnieki vērsa uzmanību uz to, ka mitogenētiskā starojuma uzliesmojums noteikti tika novērots, kad enerģijas plūsma bija ierobežota, kas uzturēja noteiktu dzīvās sistēmas metabolisma līmeni. (Ar "enerģijas plūsmas ierobežošanu" jāsaprot fermentatīvo sistēmu aktivitātes samazināšanās, dažādu transmembrānas transporta procesu nomākšana, augstas enerģijas savienojumu sintēzes līmeņa un patēriņa samazināšanās - tas ir, jebkuri procesi, kas nodrošināt šūnu ar enerģiju - piemēram, ar objekta atgriezenisku dzesēšanu vai ar vieglu anestēziju.) Gurvičs formulēja ārkārtīgi labilu molekulāro veidojumu jēdzienu ar paaugstinātu enerģijas potenciālu, nelīdzsvarotu dabā un ko vieno kopīga funkcija. Viņš tos sauca par nelīdzsvarotiem molekulārajiem zvaigznājiem (NMC).

A. G. Gurvičs uzskatīja, ka tieši NMC sabrukšana, protoplazmas organizācijas izjaukšana izraisīja starojuma uzliesmojumu. Šeit viņam ir daudz kopīga ar A. Szent-Györgyi idejām par enerģijas migrāciju pa proteīnu kompleksu vispārējiem enerģijas līmeņiem. Līdzīgas idejas "biofotoniskā" starojuma būtības pamatošanai šodien pauž F. Pops - migrējošos ierosmes reģionus viņš sauc par "polaritoniem". No fizikas viedokļa šeit nav nekā neparasta. (Kura no šobrīd zināmajām intracelulārajām struktūrām varētu būt piemērota NMC lomai Gurviča teorijā – šo intelektuālo vingrinājumu atstāsim lasītāja ziņā.)

Eksperimentāli ir arī pierādīts, ka starojums rodas arī tad, ja substrātu mehāniski ietekmē centrifugēšana vai vāja sprieguma pieslēgšana. Tas ļāva teikt, ka NMC piemīt arī telpiskā sakārtotība, ko traucēja gan mehāniska ietekme, gan enerģijas plūsmas ierobežojums.

No pirmā acu uzmetiena ir pamanāms, ka NMC, kuru pastāvēšana ir atkarīga no enerģijas pieplūduma, ir ļoti līdzīgas izkliedējošām struktūrām, kas rodas termodinamiski nelīdzsvarotās sistēmās, kuras atklāja Nobela prēmijas laureāts I. R. Prigožins. Tomēr ikviens, kurš ir pētījis šādas struktūras (piemēram, Belousova - Žabotinska reakciju), ļoti labi zina, ka tās netiek reproducētas absolūti precīzi no pieredzes uz pieredzi, lai gan to vispārējais raksturs ir saglabāts. Turklāt tie ir ārkārtīgi jutīgi pret mazākajām ķīmiskās reakcijas parametru un ārējo apstākļu izmaiņām. Tas viss nozīmē, ka, tā kā dzīvi objekti ir arī nelīdzsvara veidojumi, tie nevar saglabāt savas organizācijas unikālo dinamisko stabilitāti tikai enerģijas plūsmas dēļ. Nepieciešams arī viens sistēmas pasūtīšanas faktors. Šis faktors A. G. Gurvičs to sauca par bioloģisko lauku.

Īsā kopsavilkumā bioloģiskā (šūnu) lauka teorijas galīgā versija izskatās šādi. Laukam ir vektors, nevis spēks, raksturs. (Atcerieties: spēka lauks ir telpas apgabals, kura katrā punktā noteikts spēks iedarbojas uz tajā ievietotu testa objektu; piemēram, elektromagnētiskais lauks. Vektorlauks ir telpas apgabals, kura katrā punktā dots noteikts vektors, piemēram, daļiņu ātruma vektori kustīgā šķidrumā.) Molekulas, kas atrodas ierosinātā stāvoklī un tādējādi kurām ir enerģijas pārpalikums, nonāk vektora lauka iedarbībā. Viņi iegūst jaunu orientāciju, deformējas vai pārvietojas laukā nevis pateicoties tā enerģijai (tas ir, nevis tā, kā tas notiek ar uzlādētu daļiņu elektromagnētiskajā laukā), bet gan tērējot savu potenciālo enerģiju. Ievērojama šīs enerģijas daļa tiek pārvērsta kinētiskā enerģijā; kad liekā enerģija tiek iztērēta un molekula atgriežas neuzbudinātā stāvoklī, lauka ietekme uz to beidzas. Rezultātā šūnu laukā veidojas telpiski laika sakārtotība - veidojas NMC, kam raksturīgs paaugstināts enerģijas potenciāls.

Vienkāršotā veidā to var precizēt šāds salīdzinājums. Ja šūnā kustīgās molekulas ir automašīnas, un to liekā enerģija ir benzīns, tad bioloģiskais lauks veido reljefa reljefu, pa kuru brauc automašīnas. Paklausot "reljefam", molekulas ar līdzīgām enerģijas īpašībām veido NMC. Tos, kā jau minēts, vieno ne tikai enerģētiski, bet arī kopīga funkcija un pastāv, pirmkārt, pateicoties enerģijas pieplūdumam (mašīnas nevar iztikt bez benzīna), otrkārt, pateicoties bioloģiskā lauka sakārtojošai darbībai. (apvidus auto nebrauks cauri). Atsevišķas molekulas pastāvīgi iekļūst NMC un atstāj to, bet viss NMC paliek stabils, līdz mainās to barojošās enerģijas plūsmas vērtība. Samazinoties tā vērtībai, NMC sadalās, un tajā uzkrātā enerģija tiek atbrīvota.

Tagad iedomājieties, ka noteiktā dzīvo audu apgabalā enerģijas pieplūde ir samazinājusies: NMC sabrukšana ir kļuvusi intensīvāka, tāpēc ir palielinājusies starojuma intensitāte, kas kontrolē mitozi. Protams, mitoģenētiskais starojums ir cieši saistīts ar lauku – lai gan tas nav tā sastāvdaļa! Kā atceramies, sabrukšanas (disimilācijas) laikā izdalās liekā enerģija, kas netiek mobilizēta NMC un nav iesaistīta sintēzes procesos; tieši tāpēc, ka lielākajā daļā šūnu asimilācijas un disimilācijas procesi notiek vienlaicīgi, kaut arī dažādās proporcijās, šūnām ir raksturīgs mitogenētiskais režīms. Tāpat ir ar enerģijas plūsmām: lauks tieši neietekmē to intensitāti, bet, veidojot telpisku "reljefu", var efektīvi regulēt to virzienu un izplatību.

A. G. Gurvičs grūtajos kara gados strādāja pie lauka teorijas galīgās versijas. "Bioloģiskā lauka teorija" tika publicēta 1944. gadā (Maskava: padomju zinātne) un turpmākajā izdevumā franču valodā - 1947. gadā. Šūnu bioloģisko lauku teorija ir izraisījusi kritiku un neizpratni pat iepriekšējās koncepcijas piekritēju vidū. Viņu galvenais pārmetums bija tāds, ka Gurvičs it kā atteicās no idejas par veselumu un atgriezās pie atsevišķu elementu (tas ir, atsevišķu šūnu lauku) mijiedarbības principa, ko viņš pats noraidīja. Rakstā "Jēdziens par" veselumu "šūnu lauka teorijas gaismā" (kolekcija "Darbi par mitoģenēzi un bioloģisko lauku teoriju". Gurvičs parāda, ka tas tā nav. Tā kā atsevišķu šūnu ģenerētie lauki pārsniedz to robežas un lauka vektori tiek summēti jebkurā telpas punktā saskaņā ar ģeometriskās saskaitīšanas noteikumiem, jaunā koncepcija pamato "faktiskā" lauka jēdzienu. Faktiski tas ir visu orgāna (vai organisma) šūnu dinamisks integrāls lauks, kas laika gaitā mainās un kam piemīt veseluma īpašības.

Kopš 1948. gada zinātniskā darbība A. G. Gurvičs ir spiests koncentrēties galvenokārt uz teorētisko sfēru. Pēc Vissavienības Lauksaimniecības akadēmijas augusta sesijas viņš neredzēja iespēju turpināt darbu Krievijas Medicīnas zinātņu akadēmijas Eksperimentālās medicīnas institūtā (kura direktors bija kopš institūta dibināšanas 1945. gadā) un septembra sākumā vērsās Akadēmijas Prezidijā ar iesniegumu par pensionēšanos. Savas dzīves pēdējos gados viņš uzrakstīja daudzus darbus par dažādiem bioloģiskā lauka teorijas, teorētiskās bioloģijas un bioloģisko pētījumu metodoloģijas aspektiem. Gurvičs šos darbus uzskatīja par vienas grāmatas nodaļām, kas tika izdota 1991. gadā ar nosaukumu "Analītiskās bioloģijas principi un šūnu lauku teorija" (Maskava: Nauka).

Dzīvās sistēmas pastāvēšana, stingri ņemot, ir visdziļākā problēma, salīdzinājumā ar kuru tās funkcionēšana paliek vai tai vajadzētu palikt ēnā.

A. G. Gurvičs. Bioloģijas histoloģiskie pamati. Jēna, 1930. gads (vācu valodā)

Empātija bez izpratnes

Darbi A. G. Gurvich par mitoģenēzi pirms Otrā pasaules kara bija ļoti populāri gan mūsu valstī, gan ārzemēs. Gurviča laboratorijā tika aktīvi pētīti kanceroģenēzes procesi, jo īpaši tika pierādīts, ka vēža slimnieku asinis atšķirībā no veselu cilvēku asinīm nav mitoģenētiskā starojuma avots. 1940. gadā A. G. Gurvičam tika piešķirta Valsts balva par darbu vēža problēmas mitoģenētiskajā izpētē. Gurviča "lauka" jēdzieni nekad nav baudījuši plašu popularitāti, lai gan tie vienmēr izraisīja lielu interesi. Taču šī interese par viņa darbu un referātiem bieži ir palikusi virspusēja. A. A. Ļubiščevs, kurš vienmēr sevi sauca par A. G. studentu. Gurvičs šo attieksmi raksturoja kā "līdzjūtību bez izpratnes".

Mūsu laikos simpātijas ir nomainījušas naidīgums. Būtisks ieguldījums ideju diskreditēšanā A. G. Gurviču iepazīstināja daži potenciālie sekotāji, kuri interpretēja zinātnieka domas "pēc savas izpratnes". Bet galvenais pat nav tas. Gurviča idejas atradās "ortodoksālās" bioloģijas ceļa malā. Pēc dubultās spirāles atklāšanas pētniekiem parādījās jaunas un pievilcīgas perspektīvas. Ķēde "gēns - olbaltumviela - zīme" piesaista savu konkrētību, šķietamā rezultāta iegūšanas vieglumu. Dabiski, ka molekulārā bioloģija, molekulārā ģenētika, bioķīmija kļuva par galveno virzienu, un neģenētiskie un neenzimātiskie kontroles procesi dzīvās sistēmās pamazām tika nobīdīti zinātnes perifērijā, un pašu to izpēti sāka uzskatīt par apšaubāmu, vieglprātīgu nodarbošanos.

Mūsdienu bioloģijas fizikāli ķīmiskajām un molekulārajām nozarēm integritātes izpratne ir sveša, ko A. G. Gurvičs uzskatīja par dzīvo būtņu pamatīpašību. No otras puses, sadalīšana praktiski tiek pielīdzināta jaunu zināšanu iegūšanai. Priekšroka tiek dota parādību ķīmiskās puses pētījumiem. Pētot hromatīnu, uzsvars tiek novirzīts uz DNS primāro struktūru, un tajā viņi dod priekšroku galvenokārt gēnam. Lai gan formāli bioloģisko procesu nelīdzsvarotība ir atzīta, neviens tam nepiešķir nozīmīgu lomu: lielākā daļa darbu ir vērsti uz atšķirību starp “melno” un “balto”, proteīna esamību vai neesamību, gēna aktivitāti vai neaktivitāti.. (Ne velti termodinamika bioloģijas augstskolu studentu vidū ir viena no nemīlētākajām un vājāk uztvertajām fizikas nozarēm.) Ko esam zaudējuši pusgadsimta laikā pēc Gurviča, cik lieli zaudējumi - atbildi raisīs zinātnes nākotne.

Droši vien bioloģijai vēl ir jāapgūst priekšstati par dzīvo būtņu fundamentālo integritāti un nelīdzsvarotību, par vienu sakārtotības principu, kas nodrošina šo integritāti. Un, iespējams, Gurviča idejas vēl ir priekšā, un to vēsture tikai sākas.

O. G. Gavrish, bioloģijas zinātņu kandidāts