Transmiterea genelor de la distanță: cercetarea omului de știință Alexander Gurvich

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-16 16:15

La sfârșitul primăverii anului 1906, Alexander Gavrilovici Gurvich, la jumătatea lui de treizeci de ani, deja un cunoscut om de știință, a fost demobilizat din armată. În timpul războiului cu Japonia, a servit ca medic în regimentul din spate staționat la Cernigov. (Acolo Gurvich, cu propriile sale cuvinte, „fugând de lenevie forțată”, a scris și ilustrat „Atlas și eseu despre embriologia vertebratelor”, care a fost publicat în trei limbi în următorii trei ani).

Acum pleacă cu tânăra lui soție și fiica lui pentru toată vara la Rostov cel Mare - la părinții soției sale. Nu are loc de muncă și încă nu știe dacă va rămâne în Rusia sau va pleca din nou în străinătate.

În spatele Facultății de Medicină a Universității din München, susținerea tezei, Strasbourg și Universitatea din Berna. Tânărul om de știință rus este deja familiarizat cu mulți biologi europeni, experimentele sale sunt foarte apreciate de Hans Driesch și Wilhelm Roux. Și acum - trei luni de izolare completă de munca științifică și de contacte cu colegii.

Vara aceasta A. G. Gurvich reflectă asupra întrebării, pe care el însuși a formulat-o astfel: „Ce înseamnă că mă numesc biolog și ce, de fapt, vreau să știu?” Apoi, având în vedere procesul minuțios studiat și ilustrat al spermatogenezei, ajunge la concluzia că esența manifestării viețuitoarelor constă în conexiuni între evenimente separate care au loc sincron. Aceasta i-a determinat „unghiul de vedere” în biologie.

Moștenirea tipărită a lui A. G. Gurvich - peste 150 de lucrări științifice. Cele mai multe dintre ele au fost publicate în germană, franceză și engleză, care erau deținute de Alexander Gavrilovici. Munca sa a lăsat o amprentă strălucitoare în embriologie, citologie, histologie, histofiziologie, biologie generală. Dar poate că ar fi corect să spunem că „direcția principală a activității sale creatoare a fost filosofia biologiei” (din cartea „Alexander Gavrilovici Gurvich. (1874-1954)”. Moscova: Nauka, 1970).

A. G. Gurvich în 1912 a fost primul care a introdus conceptul de „câmp” în biologie. Dezvoltarea conceptului de câmp biologic a fost tema principală a lucrării sale și a durat mai mult de un deceniu. În acest timp, opiniile lui Gurvich asupra naturii câmpului biologic au suferit schimbări profunde, dar au vorbit întotdeauna despre câmp ca un singur factor care determină direcția și ordinea proceselor biologice.

Inutil să spun, ce soartă tristă a așteptat acest concept în următoarea jumătate de secol. Au existat multe speculații, ai căror autori susțineau că au înțeles natura fizică a așa-numitului „biocâmp”, cineva s-a angajat imediat să trateze oamenii. Unii s-au referit la A. G. Gurvich, fără a se deranja deloc cu încercările de a aprofunda în sensul operei sale. Majoritatea nu știa despre Gurvich și, din fericire, nu s-a referit la el, întrucât nici la termenul „biocâmp” în sine, nici la diverse explicații ale acțiunii sale de către A. G. Gurvich nu are nimic de-a face cu asta. Cu toate acestea, astăzi cuvintele „câmp biologic” provoacă un scepticism nedisimulat în rândul interlocutorilor educați. Unul dintre scopurile acestui articol este de a spune cititorilor povestea adevărată a ideii unui domeniu biologic în știință.

Ceea ce mișcă celulele

A. G. Gurvich nu era mulțumit de starea biologiei teoretice la începutul secolului al XX-lea. Nu a fost atras de posibilitățile geneticii formale, întrucât era conștient că problema „transmiterii eredității” este fundamental diferită de problema „implementarii” trăsăturilor în organism.

Poate cea mai importantă sarcină a biologiei de până astăzi este căutarea unui răspuns la întrebarea „copilără”: cum iau ființele vii în toată diversitatea lor dintr-o bilă microscopică a unei singure celule? De ce celulele care se divide nu formează colonii fără formă, ci structuri complexe și perfecte de organe și țesuturi? În mecanica dezvoltării de atunci s-a adoptat abordarea cauzal-analitică propusă de W. Ru: dezvoltarea embrionului este determinată de o multitudine de relații rigide cauză-efect. Dar această abordare nu a fost de acord cu rezultatele experimentelor lui G. Driesch, care a demonstrat că abaterile puternice cauzate experimental nu pot interfera cu dezvoltarea de succes. În același timp, părțile individuale ale corpului nu se formează deloc din acele structuri care sunt normale - dar sunt formate! În același mod, în experimentele lui Gurvich, chiar și cu centrifugarea intensivă a ouălor de amfibieni, încălcând structura lor vizibilă, dezvoltarea ulterioară a continuat echifinal - adică s-a încheiat în același mod ca în ouăle intacte.

Orez. 1 Figurile A. G. Gurvich din 1914 - imagini schematice ale straturilor celulare din tubul neural al unui embrion de rechin. 1 - configurația formației inițiale (A), configurația ulterioară (B) (linie îndrăzneață - formă observată, întreruptă - presupusă), 2 - configurație inițială (C) și observată (D), 3 - inițială (E), prezisă (F) … Liniile perpendiculare arată axele lungi ale celulelor - „dacă construiți o curbă perpendiculară pe axele celulei la un moment dat de dezvoltare, puteți vedea că aceasta va coincide cu conturul unei etape ulterioare de dezvoltare a acestei zone”

A. G. Gurvich a efectuat un studiu statistic al mitozelor (diviziunilor celulare) în părțile simetrice ale embrionului în curs de dezvoltare sau ale organelor individuale și a fundamentat conceptul de „factor de normalizare”, din care a apărut ulterior conceptul de câmp. Gurvich a stabilit că un singur factor controlează imaginea de ansamblu a distribuției mitozelor în părți ale embrionului, fără a determina deloc ora și locația exactă a fiecăreia dintre ele. Fără îndoială, premisa teoriei câmpului era cuprinsă în celebra formulă Driesch „soarta prospectivă a unui element este determinată de poziția sa în ansamblu”. Combinația acestei idei cu principiul normalizării îl conduce pe Gurvich la o înțelegere a ordinii în vii ca „subordonare” elementelor unui singur întreg – spre deosebire de „interacțiunea” lor. În lucrarea sa „Heredity as a Process of Realization” (1912), el dezvoltă pentru prima dată conceptul de câmp embrionar – morf. De fapt, a fost o propunere de rupere a cercului vicios: de a explica apariția eterogenității între elementele inițial omogene în funcție de poziția elementului în coordonatele spațiale ale întregului.

După aceea, Gurvich a început să caute o formulare a legii care descrie mișcarea celulelor în procesul de morfogeneză. El a descoperit că în timpul dezvoltării creierului la embrionii de rechin, „axele lungi ale celulelor stratului interior al epiteliului neural erau orientate la un moment dat nu perpendicular pe suprafața formațiunii, ci la un anumit (15- 20') unghi față de acesta. Orientarea unghiurilor este naturală: dacă construiți o curbă perpendiculară pe axele celulei la un moment dat de dezvoltare, puteți vedea că aceasta va coincide cu conturul unei etape ulterioare în dezvoltarea acestei zone”(Fig. 1).). Se părea că celulele „știu” unde să se încline, unde să se întindă pentru a construi forma dorită.

Pentru a explica aceste observații, A. G. Gurvich a introdus conceptul de „suprafață de forță” care coincide cu conturul suprafeței finale a rudimentului și ghidează mișcarea celulelor. Cu toate acestea, Gurvich însuși era conștient de imperfecțiunea acestei ipoteze. Pe lângă complexitatea formei matematice, el nu a fost mulțumit de „teleologia” conceptului (se părea că subordonează mișcarea celulelor unei forme inexistente, viitoare). În lucrarea ulterioară „Despre conceptul câmpurilor embrionare” (1922) „configurația finală a rudimentului este considerată nu ca suprafață de forță atractivă, ci ca suprafață echipotențială a câmpului emanat din surse punctuale”. În aceeași lucrare a fost introdus pentru prima dată conceptul de „câmp morfogenetic”.

Întrebarea a fost pusă de Gurvich atât de larg și exhaustiv încât orice teorie a morfogenezei care poate apărea în viitor va fi, în esență, doar un alt tip de teorie a câmpului.

L. V. Belousov, 1970

Ultraviolete biogene

„Bazele și rădăcinile problemei mitogenezei au fost puse în interesul meu nescăzut pentru fenomenul miraculos al cariokinezei (așa a fost numită mitoza la mijlocul secolului trecut. - Notă Ed.)”, a scris A. G. Gurvich în 1941 în notele sale autobiografice.„Mitogeneza” - un termen de lucru care s-a născut în laboratorul lui Gurvich și a intrat curând în uz general, este echivalent cu conceptul de „radiație mitogenetică” - radiație ultravioletă foarte slabă a țesuturilor animale și vegetale, stimulând procesul de diviziune celulară (mitoză).

A. G. Gurvich a ajuns la concluzia că este necesar să se considere mitozele dintr-un obiect viu nu ca evenimente izolate, ci în ansamblu, ca ceva coordonat - fie că este vorba de mitoze strict organizate ale primelor faze ale clivajului ouălor sau de mitoze aparent aleatorii din țesuturile un animal sau o plantă adultă. Gurvich credea că doar recunoașterea integrității organismului ar face posibilă combinarea proceselor nivelurilor moleculare și celulare cu caracteristicile topografice ale distribuției mitozelor.

De la începutul anilor 1920 A. G. Gurvich a luat în considerare diverse posibilități de influențe externe care stimulează mitoza. În câmpul său vizual se afla conceptul de hormoni vegetali, dezvoltat la acea vreme de botanistul german G. Haberlandt. (El a pus o suspensie de celule zdrobite pe țesutul vegetal și a observat cum celulele tisulare încep să se dividă mai activ.) Dar nu era clar de ce semnalul chimic nu afectează toate celulele în același mod, de ce, să zicem, celulele mici se divid mai mult. adesea decât cele mari. Gurvich a sugerat că întregul punct este în structura suprafeței celulare: poate, în celulele tinere, elementele de suprafață sunt organizate într-un mod special, favorabil pentru percepția semnalelor, iar pe măsură ce celula crește, această organizare este perturbată. (Desigur, nu exista un concept de receptori hormonali la acel moment.)

Totuși, dacă această ipoteză este corectă și distribuția spațială a unor elemente este importantă pentru percepția semnalului, ipoteza sugerează că semnalul poate să nu fie de natură chimică, ci fizică: de exemplu, radiația afectează unele structuri ale celulei. suprafata este rezonanta. Aceste considerații au fost în cele din urmă confirmate într-un experiment care a devenit ulterior cunoscut pe scară largă.

Orez. 2 Inducerea mitozei la vârful rădăcinii cepei (desen din lucrarea „Das Problem der Zellteilung physiologisch betrachtet”, Berlin, 1926). Explicații în text

Iată o descriere a acestui experiment, care a fost efectuat în 1923 la Universitatea din Crimeea. „Rădăcina emitentă (inductor), conectată la bulb, a fost întărită pe orizontală, iar vârful său a fost îndreptat către zona meristemului (adică spre zona de proliferare celulară, în acest caz situată și în apropierea vârfului rădăcinii. - Ed. Nota) a doua rădăcină similară (detector) fixată vertical. Distanța dintre rădăcini a fost de 2–3 mm”(Fig. 2). La sfârșitul expunerii, rădăcina perceptivă a fost marcată, fixată și tăiată cu precizie într-o serie de secțiuni longitudinale paralele cu planul medial. Secțiunile au fost examinate la microscop și numărul de mitoze a fost numărat pe părțile iradiate și de control.

La acea vreme se știa deja că discrepanța dintre numărul de mitoze (de obicei 1000-2000) din ambele jumătăți ale vârfului rădăcinii nu depășește în mod normal 3-5%. Astfel, „o preponderență semnificativă, sistematică, brusc limitată a numărului de mitoze” în zona centrală a rădăcinii perceptive – și asta au văzut cercetătorii pe secțiuni – a mărturisit incontestabil influența unui factor extern. Ceva care emana din vârful rădăcinii inductorului a forțat celulele rădăcinii detectorului să se dividă mai activ (Fig. 3).

Cercetările ulterioare au arătat în mod clar că este vorba despre radiații și nu despre substanțe chimice volatile. Impactul s-a extins sub forma unui fascicul îngust paralel - de îndată ce rădăcina inductoare a fost ușor deviată în lateral, efectul a dispărut. A dispărut și când s-a pus o placă de sticlă între rădăcini. Dar dacă placa era din cuarț, efectul a persistat! Acest lucru a sugerat că radiația era ultravioletă. Ulterior, limitele sale spectrale au fost stabilite mai precis - 190-330 nm, iar intensitatea medie a fost estimată la nivelul de 300-1000 fotoni/s pe centimetru pătrat. Cu alte cuvinte, radiația mitogenetică descoperită de Gurvich a fost medie și aproape ultravioletă de intensitate extrem de scăzută. (Conform datelor moderne, intensitatea este și mai mică - este de ordinul zecilor de fotoni / s pe centimetru pătrat.)

Orez. 3 Reprezentarea grafică a efectelor a patru experimente. Direcția pozitivă (de deasupra axei absciselor) înseamnă preponderența mitozei pe partea iradiată

O întrebare firească: cum rămâne cu ultravioletele din spectrul solar, afectează diviziunea celulară? În experimente, un asemenea efect a fost exclus: în cartea lui A. G. Gurvich și L. D. Gurvich „Radiția mitogenetică” (M., Medgiz, 1945), în secțiunea de recomandări metodologice, este clar indicat că ferestrele în timpul experimentelor ar trebui să fie închise, să nu existe flăcări deschise și surse de scântei electrice în laboratoare. În plus, experimentele au fost însoțite în mod necesar de controale. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că intensitatea UV solară este semnificativ mai mare, prin urmare, efectul său asupra obiectelor vii din natură, cel mai probabil, ar trebui să fie complet diferit.

Lucrarea pe această temă a devenit și mai intensă după trecerea lui A. G. Gurvich în 1925 la Universitatea din Moscova - a fost ales în unanimitate șef al Departamentului de Histologie și Embriologie al Facultății de Medicină. Radiațiile mitogenetice au fost găsite în drojdii și celulele bacteriene, despicarea ouălor de arici de mare și amfibieni, culturi de țesuturi, celule de tumori maligne, sisteme nervoase (inclusiv axonii izolați) și musculare, sângele organismelor sănătoase. După cum se poate vedea din listă, au emis și țesuturi nefisionabile - să ne amintim acest fapt.

Tulburările de dezvoltare ale larvelor de arici de mare păstrate în vase de cuarț sigilate sub influența radiațiilor mitogenetice prelungite ale culturilor bacteriene în anii 30 ai secolului XX au fost studiate de J. și M. Magrou la Institutul Pasteur. (Astăzi, studii similare cu pești și embrioni de amfibieni sunt efectuate la biofaciesul Universității de Stat din Moscova de către A. B. Burlakov.)

O altă întrebare importantă pe care cercetătorii și-au pus-o în aceiași ani: cât de departe se răspândește acțiunea radiațiilor în țesutul viu? Cititorul își va aminti că în experimentul cu rădăcini de ceapă a fost observat un efect local. Există, în afară de el, și acțiune pe rază lungă? Pentru a stabili acest lucru, au fost efectuate experimente model: cu iradierea locală a tuburilor lungi umplute cu soluții de glucoză, peptonă, acizi nucleici și alte biomolecule, radiația s-a propagat prin tub. Viteza de propagare a așa-numitei radiații secundare a fost de aproximativ 30 m/s, ceea ce a confirmat ipoteza despre natura radiativ-chimică a procesului. (În termeni moderni, biomoleculele, care absorb fotonii UV, au fluorescentat, emitând un foton cu o lungime de undă mai mare. Fotonii, la rândul lor, au dat naștere la transformări chimice ulterioare.) Într-adevăr, în unele experimente, propagarea radiațiilor a fost observată pe toată lungimea un obiect biologic (de exemplu, în rădăcinile lungi ale aceluiași arc).

Gurvich și colegii săi au arătat, de asemenea, că radiația ultravioletă foarte atenuată a unei surse fizice promovează, de asemenea, diviziunea celulară în rădăcinile cepei, la fel ca un inductor biologic.

Formularea noastră a proprietății de bază a unui câmp biologic nu reprezintă în conținutul său nicio analogie cu domeniile cunoscute în fizică (deși, desigur, nu le contrazice).

A. G. Gurvici. Principii de biologie analitică și teoria câmpului celular

Fotonii conduc

De unde provine radiațiile UV într-o celulă vie? A. G. Gurvich și colegii lor, în experimentele lor, au înregistrat spectrele reacțiilor redox enzimatice și anorganice simple. De ceva timp, problema surselor de radiații mitogenetice a rămas deschisă. Dar în 1933, după publicarea ipotezei fotochimistului V. Frankenburger, a devenit clară situația cu originea fotonilor intracelulari. Frankenburger credea că sursa apariției cuantelor ultraviolete de înaltă energie au fost actele rare de recombinare a radicalilor liberi care au loc în timpul proceselor chimice și biochimice și, datorită rarității lor, nu au afectat echilibrul energetic general al reacțiilor.

Energia eliberată în timpul recombinării radicalilor este absorbită de moleculele substratului și este emisă cu un spectru caracteristic acestor molecule. Această schemă a fost perfecţionată de N. N. Semyonov (viitor laureat al Nobel) și în această formă a fost inclus în toate articolele și monografiile ulterioare despre mitogeneză. Studiul modern al chimioluminiscenței sistemelor vii a confirmat corectitudinea acestor opinii, care sunt în general acceptate astăzi. Iată doar un exemplu: studii de proteine fluorescente.

Desigur, în proteină sunt absorbite diverse legături chimice, inclusiv legături peptidice - în ultravioletul mediu (cel mai intens - 190-220 nm). Dar pentru studiile de fluorescență, aminoacizii aromatici, în special triptofanul, sunt relevanți. Are un maxim de absorbție la 280 nm, fenilalanina la 254 nm și tirozină la 274 nm. Absorbând cuante ultraviolete, acești aminoacizi le emit apoi sub formă de radiații secundare – în mod natural, cu o lungime de undă mai mare, cu un spectru caracteristic unei stări date a proteinei. Mai mult, dacă cel puțin un reziduu de triptofan este prezent în proteină, atunci numai acesta va fluoresce - energia absorbită de reziduurile de tirozină și fenilalanină este redistribuită către aceasta. Spectrul de fluorescență al reziduului de triptofan depinde foarte mult de mediu - dacă reziduul este, să zicem, lângă suprafața globului sau în interior etc., iar acest spectru variază în banda 310-340 nm.

A. G. Gurvich și colegii săi au arătat în experimente model privind sinteza peptidelor că procesele în lanț care implică fotoni pot duce la clivaj (fotodisociere) sau la sinteza (fotosinteză). Reacțiile de fotodisociere sunt însoțite de radiații, în timp ce procesele de fotosinteză nu emit.

Acum a devenit clar de ce toate celulele emit, dar în timpul mitozei - mai ales puternic. Procesul de mitoză este consumator de energie. Mai mult, dacă într-o celulă în creștere acumularea și cheltuirea energiei se desfășoară în paralel cu procesele de asimilare, atunci în timpul mitozei energia stocată de celulă în interfază este doar consumată. Există o dezintegrare a structurilor intracelulare complexe (de exemplu, învelișul nucleului) și crearea reversibilă consumatoare de energie a unora noi - de exemplu, superbobinele de cromatină.

A. G. Gurvich și colegii săi au efectuat, de asemenea, lucrări privind înregistrarea radiațiilor mitogenetice folosind contoare de fotoni. Pe lângă laboratorul Gurvich de la IEM din Leningrad, aceste studii sunt și la Leningrad, la Phystech sub A. F. Ioffe, condus de G. M. Frank, împreună cu fizicienii Yu. B. Khariton și S. F. Rodionov.

În Occident, specialiști de seamă precum B. Raevsky și R. Oduber au fost implicați în înregistrarea radiațiilor mitogenetice folosind tuburi fotomultiplicatoare. Ar trebui să-l amintim și pe G. Barth, un student al celebrului fizician W. Gerlach (fondatorul analizei spectrale cantitative). Barth a lucrat doi ani în laboratorul lui A. G. Gurvich și și-a continuat cercetările în Germania. El a primit rezultate pozitive de încredere lucrând cu surse biologice și chimice și, în plus, a adus o contribuție importantă la metodologia de detectare a radiațiilor ultra-slebe. Barth a efectuat calibrarea preliminară a sensibilității și selectarea fotomultiplicatorilor. Astăzi, această procedură este obligatorie și de rutină pentru toți cei care măsoară fluxuri luminoase slabe. Cu toate acestea, tocmai neglijarea acestei și a altor cerințe necesare nu a permis unui număr de cercetători dinainte de război să obțină rezultate convingătoare.

Astăzi, la Institutul Internațional de Biofizică (Germania), sub conducerea lui F. Popp, s-au obținut date impresionante despre înregistrarea radiațiilor super-slabe din surse biologice. Cu toate acestea, unii dintre oponenții săi sunt sceptici cu privire la aceste lucrări. Ei tind să creadă că biofotonii sunt produse secundare metabolice, un fel de zgomot ușor care nu are nicio semnificație biologică. „Emisia de lumină este un fenomen complet natural și evident, care însoțește multe reacții chimice”, subliniază fizicianul Rainer Ulbrich de la Universitatea din Göttingen. Biologul Gunther Rothe evaluează situația în felul următor: „Biofotonii există fără îndoială - astăzi acest lucru este confirmat fără ambiguitate de dispozitive extrem de sensibile la dispoziția fizicii moderne. În ceea ce privește interpretarea lui Popp (vorbim despre faptul că cromozomii ar emite fotoni coerenți. - Nota editorului), aceasta este o ipoteză frumoasă, dar confirmarea experimentală propusă este încă complet insuficientă pentru a-i recunoaște validitatea. Pe de altă parte, trebuie să ținem cont de faptul că este foarte dificil de obținut dovezi în acest caz, deoarece, în primul rând, intensitatea acestei radiații fotonice este foarte scăzută, iar în al doilea rând, metodele clasice de detectare a luminii laser utilizate în fizică sunt greu de aplicat aici.”

Dintre lucrările biologice publicate din țara ta, nimic nu atrage atenția lumii științifice mai mult decât opera ta.

Dintr-o scrisoare a lui Albrecht Bethe din 01.08.1930 către A. G. Gurvici

Dezechilibru controlat

Fenomene de reglare în protoplasmă A. G. Gurvich a început să speculeze după primele sale experimente de centrifugare a ouălor fertilizate de amfibieni și echinoderme. Aproape 30 de ani mai târziu, la înțelegerea rezultatelor experimentelor mitogenetice, acest subiect a primit un nou impuls. Gurvich este convins că analiza structurală a unui substrat material (un set de biomolecule) care reacționează la influențe externe, indiferent de starea sa funcțională, este lipsită de sens. A. G. Gurvich formulează teoria fiziologică a protoplasmei. Esența sa este că sistemele vii au un aparat molecular specific pentru stocarea energiei, care este în mod fundamental neechilibru. Într-o formă generalizată, aceasta este o fixare a ideii că un aflux de energie este necesar pentru organism nu numai pentru creștere sau muncă, ci în primul rând pentru a menține starea pe care o numim vie.

Cercetătorii au atras atenția asupra faptului că o explozie de radiații mitogenetice a fost observată în mod necesar atunci când fluxul de energie a fost limitat, ceea ce a menținut un anumit nivel de metabolism al sistemului viu. (Prin „limitarea fluxului de energie” ar trebui să se înțeleagă o scădere a activității sistemelor enzimatice, suprimarea diferitelor procese de transport transmembranar, o scădere a nivelului de sinteză și consum de compuși cu energie înaltă - adică orice procese care furnizează celulei energie - de exemplu, cu răcirea reversibilă a unui obiect sau cu o anestezie ușoară.) Gurvich a formulat conceptul de formațiuni moleculare extrem de labile, cu un potențial energetic crescut, neechilibrat în natură și unite printr-o funcție comună. El le-a numit constelații moleculare fără echilibru (NMC).

A. G. Gurvich credea că dezintegrarea NMC, perturbarea organizării protoplasmei, a provocat o explozie de radiații. Aici el are multe în comun cu ideile lui A. Szent-Györgyi despre migrarea energiei de-a lungul nivelurilor energetice generale ale complexelor proteice. Idei similare pentru fundamentarea naturii radiațiilor „biofotonice” sunt exprimate astăzi de F. Popp – el numește regiunile de excitație migratoare „polaritoni”. Din punctul de vedere al fizicii, nu este nimic neobișnuit aici. (Care dintre structurile intracelulare cunoscute în prezent ar putea fi potrivite pentru rolul NMC în teoria lui Gurvich - vom lăsa acest exercițiu intelectual în seama cititorului.)

De asemenea, s-a demonstrat experimental că radiația apare și atunci când substratul este influențat mecanic de centrifugare sau aplicarea unei tensiuni slabe. Acest lucru a făcut posibil să spunem că NMC posedă și ordonarea spațială, care a fost perturbată atât de influența mecanică, cât și de limitarea fluxului de energie.

La prima vedere, se observă că NMC, a căror existență depinde de afluxul de energie, sunt foarte asemănătoare cu structurile disipative care apar în sistemele de neechilibru termodinamic, care au fost descoperite de laureatul Nobel I. R. Prigogine. Cu toate acestea, oricine a studiat astfel de structuri (de exemplu, reacția Belousov - Zhabotinsky) știe foarte bine că nu sunt reproduse absolut exact din experiență în experiență, deși caracterul lor general este păstrat. În plus, sunt extrem de sensibili la cea mai mică modificare a parametrilor unei reacții chimice și a condițiilor externe. Toate acestea înseamnă că, deoarece obiectele vii sunt și formațiuni neechilibrate, ele nu pot menține stabilitatea dinamică unică a organizării lor doar datorită fluxului de energie. De asemenea, este necesar un singur factor de ordonare al sistemului. Acest factor A. G. Gurvich l-a numit un câmp biologic.

Într-un scurt rezumat, versiunea finală a teoriei câmpului biologic (celular) arată astfel. Câmpul are un vector, nu o forță, caracter. (Rețineți: un câmp de forță este o regiune a spațiului, în fiecare punct în care o anumită forță acționează asupra unui obiect de testare plasat în el; de exemplu, un câmp electromagnetic. Un câmp vectorial este o regiune a spațiului, în fiecare punct din care un anumit vector este dat, de exemplu, vectorii viteză ai particulelor dintr-un fluid în mișcare.) Moleculele care sunt în stare excitată și astfel au un exces de energie cad sub acțiunea câmpului vectorial. Ei capătă o nouă orientare, se deformează sau se mișcă în câmp nu datorită energiei acestuia (adică nu în același mod cum se întâmplă cu o particulă încărcată într-un câmp electromagnetic), ci cheltuind propria lor energie potențială. O parte semnificativă din această energie este convertită în energie cinetică; când excesul de energie este consumat și molecula revine la o stare neexcitată, efectul câmpului asupra acesteia încetează. Ca urmare, în câmpul celular se formează ordonarea spațio-temporală - se formează NMC, caracterizate printr-un potențial energetic crescut.

Într-o formă simplificată, următoarea comparație poate clarifica acest lucru. Dacă moleculele care se mișcă în celulă sunt mașini, iar energia lor în exces este benzină, atunci câmpul biologic formează relieful terenului pe care circulă mașinile. Ascultând „relieful”, moleculele cu caracteristici energetice similare formează NMC. Ele, așa cum am menționat deja, sunt unite nu numai energetic, ci și printr-o funcție comună și există, în primul rând, datorită afluxului de energie (mașinile nu pot merge fără benzină) și în al doilea rând, datorită acțiunii ordonatoare a câmpului biologic. (off-road mașina nu va trece). Moleculele individuale intră și ies constant din NMC, dar întregul NMC rămâne stabil până când se modifică valoarea fluxului de energie care îl alimentează. Cu o scădere a valorii sale, NMC se descompune, iar energia stocată în el este eliberată.

Acum, imaginați-vă că într-o anumită zonă a țesutului viu, afluxul de energie a scăzut: dezintegrarea NMC a devenit mai intensă, prin urmare, intensitatea radiației a crescut, chiar cea care controlează mitoza. Desigur, radiația mitogenetică este strâns legată de câmp - deși nu face parte din acesta! După cum ne amintim, în timpul dezintegrarii (disimilației), este emisă energie în exces, care nu este mobilizată în NMC și nu este implicată în procesele de sinteză; tocmai pentru că în majoritatea celulelor procesele de asimilare şi disimilare au loc simultan, deşi în proporţii diferite, celulele au un regim mitogenetic caracteristic. Același lucru este și în cazul fluxurilor de energie: câmpul nu afectează direct intensitatea acestora, dar, formând un „relief” spațial, le poate regla eficient direcția și distribuția.

A. G. Gurvich a lucrat la versiunea finală a teoriei câmpului în anii grei de război. „Teoria câmpului biologic” a fost publicat în 1944 (Moscova: Știința sovietică) și în ediția ulterioară în limba franceză - în 1947. Teoria câmpurilor biologice celulare a provocat critici și neînțelegeri chiar și în rândul susținătorilor conceptului anterior. Principalul lor reproș a fost că Gurvich a abandonat ideea de întreg și s-a întors la principiul interacțiunii elementelor individuale (adică câmpurile celulelor individuale), pe care el însuși l-a respins. În articolul „Conceptul de” întreg „în lumina teoriei câmpului celular” (Colecția „Works on mitogenesis and theory of biological fields”. Gurvich arată că nu este cazul. Deoarece câmpurile generate de celulele individuale se extind dincolo de limitele lor, iar vectorii de câmp sunt însumați în orice punct al spațiului conform regulilor de adunare geometrică, noul concept fundamentează conceptul de câmp „actual”. Este, de fapt, un câmp integral dinamic al tuturor celulelor unui organ (sau organism), care se schimbă în timp și posedă proprietățile unui întreg.

Din 1948, activitatea științifică a A. G. Gurvich este nevoit să se concentreze mai ales în sfera teoretică. După sesiunea din august a Academiei agricole a întregii uniuni, nu a văzut oportunitatea de a continua să lucreze la Institutul de Medicină Experimentală al Academiei Ruse de Științe Medicale (directorul căruia era de când institutul a fost fondat în 1945) iar la începutul lunii septembrie a aplicat la Prezidiul Academiei pentru pensionare. În ultimii ani ai vieții, a scris numeroase lucrări despre diverse aspecte ale teoriei câmpului biologic, biologiei teoretice și metodologiei cercetării biologice. Gurvich a considerat aceste lucrări ca capitole ale unei singure cărți, care a fost publicată în 1991 sub titlul „Principii de biologie analitică și teoria câmpurilor celulare” (Moscova: Nauka).

Însăși existența unui sistem viu este, strict vorbind, cea mai profundă problemă, în comparație cu care funcționarea lui rămâne sau ar trebui să rămână în umbră.

A. G. Gurvici. Bazele histologice ale biologiei. Jena, 1930 (în germană)

„Empatie fără înțelegere”

Lucrările lui A. G. Gurvich despre mitogeneză înainte de al Doilea Război Mondial au fost foarte populare atât în țara noastră, cât și în străinătate. În laboratorul din Gurvich, procesele de carcinogeneză au fost studiate în mod activ, în special, s-a demonstrat că sângele bolnavilor de cancer, spre deosebire de sângele oamenilor sănătoși, nu este o sursă de radiații mitogenetice. În 1940 A. G. Gurvich a fost distins cu Premiul de Stat pentru munca sa privind studiul mitogenetic al problemei cancerului. Conceptele de „câmp” ale lui Gurvich nu s-au bucurat niciodată de o mare popularitate, deși au stârnit invariabil un interes puternic. Dar acest interes pentru munca și rapoartele sale a rămas adesea superficial. A. A. Lyubishchev, care s-a numit întotdeauna un student al lui A. G. Gurvich a descris această atitudine drept „simpatie fără înțelegere”.

În vremea noastră, simpatia a fost înlocuită de ostilitate. O contribuție semnificativă la discreditarea ideilor lui A. G. Gurvich a fost introdus de unii potențiali adepți care au interpretat gândurile omului de știință „după propria lor înțelegere”. Dar principalul nu este nici măcar asta. Ideile lui Gurvich s-au găsit pe marginea drumului parcurs de biologia „ortodoxă”. După descoperirea dublei helix, în fața cercetătorilor au apărut perspective noi și atrăgătoare. Lanțul „genă – proteină – semn” atras de concretețea sa, părând ușurința de a obține un rezultat. În mod firesc, biologia moleculară, genetica moleculară, biochimia au devenit curente principale, iar procesele de control non-genetice și non-enzimatice din sistemele vii au fost împinse treptat la periferia științei, iar studiul lor însuși a început să fie considerat o ocupație dubioasă, frivolă.

Pentru ramurile fizico-chimice și moleculare moderne ale biologiei, înțelegerea integrității este străină, ceea ce A. G. Gurvich a considerat proprietatea fundamentală a viețuitoarelor. Pe de altă parte, dezmembrarea este practic echivalată cu dobândirea de noi cunoștințe. Se acordă preferință cercetării pe latura chimică a fenomenelor. În studiul cromatinei, accentul este mutat pe structura primară a ADN-ului și în ea preferă să vadă în primul rând o genă. Deși dezechilibrul proceselor biologice este recunoscut formal, nimeni nu îi atribuie un rol important: majoritatea covârșitoare a lucrărilor vizează distingerea între „negru” și „alb”, prezența sau absența proteinei, activitatea sau inactivitatea unei gene.. (Nu degeaba termodinamica printre studenții universităților biologice este una dintre cele mai neiubite și mai slab percepute ramuri ale fizicii.) Ce am pierdut în jumătate de secol după Gurvich, cât de mari sunt pierderile - răspunsul va fi determinat de viitorul științei.

Probabil, biologia nu a asimilat încă idei despre integritatea fundamentală și dezechilibrul viețuitoarelor, despre un singur principiu de ordonare care să asigure această integritate. Și poate că ideile lui Gurvich sunt încă înainte, iar istoria lor abia începe.

O. G. Gavrish, candidat la științe biologice