Александр Уголев - Естественные технологии биологических систем

• Название: Естественные технологии биологических систем
• Автор: Александр Уголев
• Жанр: Биология

Книга посвящена концепции естественных технологий живых систем на различных уровнях организации последних и изложению доказательств, позволяющих преодолеть противопоставление естествознания и технологии. Эта концепция обосновывается на примере наиболее важных процессов в живых системах, их эволюции и происхождения. Охарактеризованы некоторые закономерности, которые могут быть интерпретированы как общие для естественных технологий живой природы и производственных технологий. Показано, что такие подходы плодотворны для понимания биологии в целом, процессов, протекающих в живых системах различной сложности, взаимодействий естественных и производственных технологий, в частности в медицине, экологии, питании и т.д. Библиогр. 196 назв. Ил. 48. Табл. 19.

На обложке: «Рука творца». Скульптура Огюста Родена (Париж, музей О. Родена).

---

Вопрос. Как соотносятся синтетическая теория эволюции, теория нейтральности и теория физиологической эволюции?

Ответ. Соотношение синтетической теории эволюции и теории нейтральности охарактеризовал М. Кимура в своей, ставшей классической, работе «Молекулярная эволюция : теория нейтральности» (М.: Мир, 1985. 398 с.). Для этих теорий свойственно углубленное рассмотрение генетических аспектов жизни и диалектическое отношение к эволюционным закономерностям фенотипа. Следует напомнить, что физиологическая эволюция — важная грань целостного эволюционного процесса, причем прогресс общей эволюционной теории невозможен без разработки не только генетических, но и физиологических аспектов. Необходимо иметь в виду следующие обстоятельства.

1.    В фенотипе реально существуют не только структура и функция, но и их эффекты. Последние определяют многие особенности эволюции, в частности прогрессивную структурно-функциональную эволюцию, включающую в себя специализацию и дифференциацию. Под контролем отбора находятся как полезные, так и побочные эффекты. При изменении условий существования организма побочные эффекты могут становиться полезными или вредными. Кроме того, каждая структура и функция имеет метаболическую стоимость, которая может рассматриваться как негативный эффект. Только благодаря действию отбора на все типы эффектов и достигается изменение структур и функций, которые модифицируются в результате изменений наследственной информации. Последняя контролирует структуры и функции, в том числе регулирующие (но не эффекты).

2.    Принцип эффективности характеризует не только важные механизмы эволюционного процесса в целом, но и запрещает полное совершенство, объясняет атрофию ненужных структур и многие другие особенности эволюционного процесса.

3. Принцип блочности — другой крайне существенный принцип организации биологических систем — намечает как основные пути эволюции, так и возможные ограничения. Эти ограничения в информационных теориях эволюции отсутствуют. Следует заметить, что пути эволюции определяются свойствами как информационных, так и работающих систем. Однако благодаря блестящим успехам генетики до сих пор основное внимание уделялось лишь первым из них.

Вопрос. Как объяснить, что в ряде случаев теория нейтральности в молекулярной эволюции, развитая М. Кимурой и вслед за ним многими другими, находится в противоречии с представлением об эволюции на основе универсальных функциональных блоков?

Ответ. Действительно, мысль, что эти две теории противоречат или даже исключают одна другую, высказывалась неоднократно. На первый взгляд представления о стабильности, консервативности универсальных функциональных блоков в ходе эволюции противоречит теории нейтральности и сходным теориям, которые постулируют неизбежность дивергенции молекулярных структур в результате обязательных точечных мутаций. Однако при глубоком рассмотрении нетрудно видеть, что противоречия не существует и стабильность функциональных блоков, т.е. структур, непосредственно участвующих в выполнении определенных функций, является следствием стабилизирующего действия отбора. Механизмы этой стабилизации были охарактеризованы нами ранее с различных точек зрения. Концепция универсальных функциональных блоков объясняет не только многие удивительные свойства живых систем, но и позволяет предсказать ряд явлений, что невозможно сделать с позиций других теорий.

Вопрос. Каково соотношение концепций физиологической эволюции, функциональной эволюции и эволюции функций?

Ответ. Концепция физиологической эволюции шире представлений об эволюции функций или функциональной эволюции. Представления о последней могут рассматриваться как обобщенная теория эволюции функций,

Физиологическая эволюция включает в себя весь комплекс проблем, охватывающих эволюцию функций, структур и их положительных и отрицательных эффектов, а также генетических систем, контролирующих формирование структур и осуществляемые ими процессы. Концепция физиологической эволюции опирается на идеи, заложенные в теориях эволюции функций и структур, и развивает их на современном уровне знаний.

Вопрос. При рассмотрении эволюции говорится об эволюции естественных технологий. Можно ли говорить также о технологии эволюции?

Ответ. Прежде всего следует сказать, что справедливо и то и другое. Сначала о технологии эволюции. Это важный способ характеристики эволюционного процесса, так как он происходит на основе принципа эффективности. Об этом неоднократно упоминалось в данной книге, а также в монографии, опубликованной в 1985 г. Принцип эффективности определяет многие существенные особенности эволюционного процесса, в частности специализацию структур и функций, невозможность формирования предельно совершенных систем и т.д. Для понимания технологии эволюции важны также многие другие принципы естественных технологий, в том числе принципы блочности, множественности, мультиэссенциальности, компромисса, мультифункциональности и мультипотентности и т.д.

Несколько слов об эволюции естественных технологий. Для понимания общих законов эволюции существенно, что живые системы на всех уровнях организации (от субклеточного до планетарного) могут рассматриваться как некоторые естественные технологические системы. Поэтому те пути, которые приводят к потере технологических достоинств, к нарушению или разрушению технологий, запрещаются.

Вопрос. Создается впечатление, что суждения о естественных технологиях в связи с экологической деятельностью человечества содержат упрек гуманизму. Так ли это?

Ответ. Первоначальное истолкование гуманизма, в котором человек и интересы человечества ставятся выше интересов природы в целом, противопоставляются природе или удовлетворяются в ущерб ей, по-видимому, исчерпало себя. Скорее его можно рассматривать как этап гуманистического мышления в наиболее высоком смысле этого слова. Новый этап развития общих этических концепций гуманизма может быть лучше выражен понятием «гармонизм», т.е. понятием, включающим в себя более глубокое представление о единстве и гармонии природы и человека, который сам является частью природы. Можно полагать, что гармонизм тесно связан с идеей ноосферы В. И. Вернадского.

Универсальные функциональные блоки

Вопрос. Можно ли дать в настоящее время удовлетворительную систематику функциональных блоков?

Ответ. Сейчас возможна лишь предварительная систематика функциональных блоков, которая отчасти представлена в гл. 5 и 6. Функциональные блоки могут быть разделены на следующие большие группы: 1) трансформационные блоки, к которым относятся ферменты различных типов, 2) транспортные блоки,

3) сократительные блоки, 4) регулирующие блоки и др. Следует, однако, иметь в виду, что многие группы функциональных блоков пока неизвестны. Например, можно предположить существование специальных блоков, обеспечивающих организованную разборку клеточных структур. Косвенно в пользу этого свидетельствует то обстоятельство, что легко разрушающиеся кишечные клетки превращаются в стабильные структуры после обработки их глицерином. Его действие сводится прежде всего к экстракции различных, в том числе белковых, компонентов, среди которых, вероятно, должен быть и дезинтегрирующий клетку фактор. В нашей лаборатории было показано, что при индуцированном аутолизе дезинтеграция аутолизируемой в кислой среде мышцы резко увеличивается в присутствии пищеварительных слизей. Это позволило высказать предположение, что при переваривании дезинтеграция структур мышцы возникает в результате комбинированного действия ферментов, реализующих гидролиз ряда связей, а также сурфоктантов слизи. Последние обеспечивают разрушение соответствующих структур путем образования комплекса продукт реакции —субстрат—дезинтегрирующая молекула.

Рис. 47. Схема мембраны эритроцита человека с возможным положением белка «полоса 3» относительно других компонентов мембраны.

1 — мембрана; 2 — цитоплазма; 3 — белок «полоса 3»; 4 — гликофорин; 5 — актин; 6 — белок 4.1; 7 — спектрин; 8 — белок 4.2; 9 — анкирин; 10 — альдолаза; 11 — хемихромы; 12 — гемоглобин-2; 13 — гемоглобин-4.

Недавно появилось сообщение о существовании молекул специального типа, направляющих развитие клеточных структур в пространстве. Интересно, что технологический анализ биологических процессов позволяет высказать правдоподобное предположение относительно участия функциональных блоков определенного типа в анализе процесса и далее проверить такое предположение экспериментально.