Главная » Статьи » Наука » Исследования

Биологическая самоорганизация

С.Т.Захидов
Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова

Генетика породила биологию, наделенную
собственным положением, оригинальностью
и свободами...
И.А.Рапопорт

Все живые системы сопротивляются
уничтожению, т.е. они антиэнтропийны,
и приспосабливаются к внешним
условиям, насколько это возможно.
Л.Н.Гумилев

Иерархическое нарастание генетической энтропии во времени в конечном счете подрывает "экономику" клетки, дезорганизует ее строение, угрожает гибелью. Вместе с тем не следует чрезмерно преувеличивать роль генов и хромосом в жизненных процессах, развитии и функционировании сложно организованных биологических систем, которые, как известно, никогда не бывают завершенными, они открыты. Мутационные изменения генов - чаще всего в направлении от доминантности к рецессивности - либо ведут к деградации биологической системы, либо вызывают в ней процесс самоорганизации. В ходе этого процесса образуются новые диссипативные структуры, более пластичные и сложные, далекие от состояния равновесия со средой, не уступающие тем, что создавались на базе генетической информации.

В свое время И.А.Рапопорт (1987) высказал суждение: "Самостоятельность фенотипа относительно генотипа заложена в том, что генетика создала в недрах биологической системы ряд новых уровней, из которых непосредственно к генетике относятся иРНК и ферменты, а остальные составляют продукт собственной плодотворной эволюции биологического строения. При малых мощностях генного аппарата могут быть новые источники и движущие силы, уравновешивающие дезорганизацию живых систем. Пластичность живого - реальность, поэтому надо искать ее сущность в рациональном обосновании". Этот взгляд развивает идею о способности клетки (как впрочем и любой другой биологической системы), утратившей "информаторов" в генетическом центре управления, становиться на путь самоорганизации, узаконенного воспроизводства антиэнтропийных состояний за счет созидательного синтеза новых внутри- и межклеточных связей и перестройки старых , использования накопленной в глубинах клетки потенциальной энергии, представленной в форме разнообразных белков, ферментов, информационных молекул, рибосомных матриц. В клеточных системах всегда есть определенный запас адаптации на разных уровнях. Однако фенотипический резерв не исчерпывается названными компонентами.

Хорошо известно, что протоплазматическая среда эукариотических организмов, которая по своему совершенству и созидательной деятельности превосходит большинство представленных в неживой прирое форм, это не просто связывающий коридор между ядром и окружающим внешним миром, где сплелись в один клубок все жизненные процессы, сконцентрировались материальные и энергетические потенциалы, которые будут эффективно использованы при катастрофическом развитии событий в клетке, но и место весьма комфортного существования внеядерных носителей наследственности, многие из которых создают в протоплазматической толще независимые локусы реализации генетической информации. Это - вирусы, плазмиды, белковые гены, амплифицированные гены, покинувшие основное ядро, а также тринуклеотиды, представляющие собой самостоятельные генетические модули. Эти простые носители генетического состояния, образуя как жесткие, так и виртуальные связи с ядром и клеткой, оказывают влияние на разные их стороны. Их активность несет с собой не только разрушительное начало, но играет и созидательную антиэнтропийную роль там, где возникает угроза гибели "экологических ниш", которые эти элементарные генетические единицы занимают по закону. Надо сказать, что такое положение вещей не противоречит синергетической логике, допускающей возможность упорядочивания хаоса за счет части энергии энтропийного процесса.

Итак, ранее запасенные фенотипические ресурсы и так называемые "теневые" структуры в состоянии выступить как своеобразные силы (паттерны) самоорганизации, компенсирующие потери генетических источников информации.
Известны и другие механизмы биологической самоорганизации.
Так, например, в условиях генетического хаоса и отсутствия определенных биокаталитических рычагов (ферментных систем) клетка может удовлетворять свои потребности за счет притока энергии и материалов из соседних полноценных клеток или тканей, даже быть может далеких от нее по структуре и функции (Рапопорт, 1993). Далее автор замечает, что обеспеченность и прочность генетически дезорганизованной биологической системы могут быть увеличены посредством принятия адекватных мер в масштабе клетки: это добавление веществ, синтезируемых жизненно важными ферментами или введение собственно нормальной единицы самого недостающего фермента. От преждевременного старения и смерти энтропированную биологическую систему могут уберечь биологически активные соединения. Известно, что многие биологически активные соединения способствуют выживанию клеток с нарушенным генетическим балансом, которые по законам природной нормы должны быть уничтожены. Все это примеры того, что оптимальные внешние условия могут, если не обращать разрушительные процессы, то, по крайней мере, снижать давление энтропии окружающей среды.
Другой особый вид самоорганизации в биологических системах, не связанный с реализацией внешних ресурсов и факторов - это ограничение метаболических запросов и приучение живой системы к существованию в условиях дефицита.

Многочисленные исследования показали, что высокодифференцированные клетки не делятся. Однако в клеточных системах с дефектами и нарушенными метаболическими звеньями запрет на клеточное размножение снимается, и тогда митозы, выступая как специфический механизм самоорганизации, освобождают клетки от накопившихся в них энтропийных стрессов. Правда, у явления внеплановых клеточных делений есть и другая сторона: даже не очень сильные по интенсивности деления высокодифференцированных клеток будут мешать нормальному отправлению функций тканью или органом, нарушать их упорядоченность и вести по пути снижения адаптации к внешним воздействиям и ускоренного износа. Там, где митозы невозможны, клетка избирает другой путь самоорганизации - путь полиплоидизации, многократного увеличения генома, что приводит к увеличению потока генетической информации и созданию дополнительных фенотипических ресурсов, обеспечивающих более высокую степень защиты генетических структур и клетки в целом от внешних воздействий.

Вообще, возможность поддерживать без участия генов и хромосом в течение длительного времени незатухающие метаболические процессы в клетке уже давно не является утопией.
Установлено (см. Рапопорт, 1972. 1984), что клетки, общий потенциал топологической дискретности которых обладает собственными значительными ресурсами устойчивости, в состоянии действовать самостоятельно в течение известного срока после денуклеации (удаления ядер). Другой пример - половые клетки с отдельными деградированными хромосомами. Эти клетки сохраняют высокую жизнеспособность на протяжении длительных отрезков времени, нормально развиваются и дифференцируются и даже сохраняют способность участвовать в процессах оплодотворения.
Итак, есть достаточно оснований утверждать, что генетические структуры, возводящие вокруг себя избранную протоплазматическую среду, не экзотичнее биологических систем, способных, благодаря сложному высокоупорядоченному внутреннему строению, наличию большого числа многообразных связей, к самоорганизации, приобретению новой, как говорится, нелинейной динамики, снижающей общую энтропию и увеличивающей адаптацию к внешним воздействиям. Важно добавить, что антиэнтропийные процессы, развернутые в недрах клетки, могут осуществлять свою экспансию и в направлении генетических систем, подавляя активность генов с "опасными " функциями и/или формируя новые функциональные генетические единицы из резерва дупликаций или немых генов.

Современная биология продолжает стремительно накапливать экспериментальные данные, аргументы в пользу термодинамической избранности систем живой материи, и по сути подтверждающие положение В.Гейзенберга о том, что живые организмы обнаруживают такую степень устойчивости, какую вообще сложные структуры, состоящие из многих различных элементов, без сомнения, не могут иметь только на основание химических и физических законов.

Источник

Источник: http://spkurdyumov.narod.ru/

Категория: Исследования
Добавлено: 17.01.2011
Просмотров: 4491
Рейтинг: 5.0/1
Темы: эволюция, Синергетика, самоорганизация, наука, Биологическая самоорганизация
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]