Александр Уголев - Естественные технологии биологических систем

• Название: Естественные технологии биологических систем
• Автор: Александр Уголев
• Издательство: Наука
• Жанр: Биология
• Год: 1987

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.

---

Анализ природы и локализации транспортеров, вновь синтезированных при адаптации к высокому уровню сахара в крови, показал, что они локализованы, по-видимому, в базолатеральной мембране кишечных клеток и чувствительны не к флоридзину, а к флоретину. Как известно, первый ингибирует преимущественно транспортеры глюкозы, локализованные в апикальной мембране клеток, а второй — в базолатеральной. Хотя, как пишут авторы, природа подобных явлений неизвестна, эти результаты перекликаются с нашими данными о существовании транспортно-метаболических циклов, в частности энтерогематической циркуляции глюкозы. Действительно, нами продемонстрировано, что в тонкой и толстой кишке выделяется и реабсорбируется значительное количество жидкости. Скорость реабсорбции глюкозы такова, что обеспечивает полную реутилизацию этого и, по-видимому, других ценных компонентов крови. При диабете возникает повышенное выделение глюкозы с мочой и вместе с тем индукция реабсорбционных процессов, что, вероятно, предупреждает значительные потери глюкозы. Возможно, этот механизм является общим для всех тканей, я том числе и для почек,

В целом развитие компенсаторных процессов на фоне патологии также подчиняется тем закономерностям перестроек, которые реализуются за счет изменения (увеличения или уменьшения) числа функциональных блоков или их перераспределения.

7.5. Побочные эффекты и организация экосистем

Идея активного управления природой давно овладела человечеством. Она появилась раньше, чем было достигнуто понимание опасности и неоднозначности такого вмешательства. Стратегия химических воздействий человека на природу базировалась на двух посылках. Первая заключалась в том, что человек достаточно ясно представляет себе связи между отдельными явлениями природы и биоценозами, вторая — что он достаточно хорошо понимает природу каждого явления, происходящего в окружающем нас мире. На этом основании предпринимались попытки избирательно уничтожить или увеличить определенную популяцию, заменить одну популяцию другой, один тип биогеоценозов другим и т.д. Однако во всех случаях раньше или позже в том или другом регионе возникали неожиданные и часто весьма нежелательные последствия. Обратим внимание на ту сторону проблемы, которая связана с концепцией универсальных функциональных блоков.

Когда человек пытался уничтожить определенную популяцию растений или животных, например насекомых, казалось, что он выработал вещества, обладающие высокой или абсолютной избирательностью в отношении насекомых данного типа. Так было с паразитическими насекомыми (клопами, вшами и многими другими), когда был разработан казавшийся особенно эффективным ДДТ. Однако специфичность ДДТ слишком широка. Именно на основе открытия пуринергических и аминоацидергических нервов у насекомых был достигнут токсический эффект, направленный только против насекомых. Оказалось, что побочные эффекты касаются также высших животных и человека. Вскоре последовали открытия аналогичных типов иннервации и у всех других организмов. Более того, кроме эффектов заноса токсикантов наблюдаются эффекты их концентрирования в пищевых цепях. В результате этого во многих случаях вещества, поступающие в незначительных количествах в организм насекомых, концентрируются, например, в организме птиц, что приводит к их гибели. То же самое можно сказать и в отношении гербицидов. Другими словами, концепция универсальных функциональных блоков приводит к тому, что во взаимоотношениях человека с природой именно в силу общности блочной структуры и единства принципов функционирования необходимы высокая осторожность и высокая подготовленность.

В ряде случаев вещества, которые неэффективны сами по себе, могут действовать после их трансформации. Так, многие стероидные гормоны, в том числе экдизон, действующие на насекомых, не оказывают влияния на человека, но, трансформируясь бактериальной флорой его желудочно-кишечного тракта, превращаются в активные стероиды.

Наконец, универсальность функциональных блоков требует осторожности при применении не только пестицидов, инсектицидов, гербицидов и т.д., но и активирующих веществ, например различных стимуляторов роста растений и сельскохозяйственных животных. Использование стимуляторов роста является проблемой, заслуживающей пристального внимания. Она должна быть проанализирована со всей тщательностью.

***

Трудно перечислить все проблемы, вытекающие из концепции универсальных функциональных блоков. Казалось важнее рассмотреть возможности, открываемые этой концепцией, и ограничения, накладываемые ею. Представлялось существенным показать на нескольких теоретических и практических примерах особенности блокового подхода к пониманию и интерпретации ряда феноменов.

Существование универсальных функциональных блоков приводит в соответствие понимание «генетических» сторон жизни, в основе которых лежит функциональная информационная единица — ген, и «физиологических» сторон жизнедеятельности, в основе которых также лежит функциональная единица — функциональный блок. Эволюция путем рекомбинации функциональных блоков — в высшей степени сложный процесс, так же как и эволюция путем рекомбинации генов. В обоих случаях эволюция не исчерпывается явлениями рекомбинации. Однако важность механизма требует, чтобы физиологи, а вслед за ними и генетики признали существование нескольких специальных групп генов, контролирующих места экспрессии и ее степень. Именно мутации в генах, контролирующих распределение и сочетание функциональных блоков, могут давать наиболее эффективные и перспективные новшества. Более того, естественный отбор может осуществлять селекцию генетически детерминированных вариантов с разным распределением функциональных блоков и, следовательно, с вариацией функциональных возможностей. В частности, универсальность функциональных блоков позволяет не изобретать на каждой ступени эволюционной лестницы новые системы управления, а использовать некоторые универсальные совершенные блоки.

Трофические связи в трофосфере создают базу для единства и взаимодействия особей в пределах популяции, в пределах данной экосистемы и даже в планетарном масштабе. В то же время великое единство природы создает трудности, так как яды, направленные против организмов одного вида, могут действовать на организмы многих других видов. Вмешательство человека в природу и собственный организм может приобрести подчас неожиданные формы и привести к тяжелым последствиям. Концепция универсальных функциональных блоков не исключает химического управления живой природой, но заставляет учитывать многие опасности и помогать избежать их.

Глава 8. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ЕСТЕСТВЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Признание естественных технологий влечет за собой многочисленные теоретические и практические следствия, касающиеся биологии, промышленности, сельского хозяйства, медицины и т.д. Наука становится технологичной, а технология — естественнонаучной. Взаимодействие естественных процессов и технологий неизбежно. В связи с этим биосфера превращается в технобиосферу, т.е. в сложную интегральную систему, представляющую собой продукт естественных и производственных технологий. Некоторые критические замечания, которым подверглись развиваемые мною представления о естественных технологиях, связаны с непониманием того, что смысл этого понятия в настоящее время изменился.

Технология в новом понимании — это наука об организованных процессах в живой и неживой природе. Организованный процесс характеризуется определенной программой, структурой, осуществляющей данный процесс, и управляющей системой, реализующей контроль и регулирование деятельности системы. Он идет с затратой энергии и в большинстве случаев обладает некоторым эффектом. Все эти признаки являются формально общими для всех типов организованных процессов, возникших как в результате разумной деятельности человека, так и в ходе биологической эволюции. Как в первом, так и во втором случае конечные эффекты служат полезными признаками. Современная организация живых систем — результат долгого и не до конца понятого эволюционного пути. Ясно, что наше объяснение живых систем как естественных технологий является результатом первых и весьма несовершенных шагов в новом направлении. Поэтому требуются серьезные усилия, чтобы вонять естественные

технологии и открывающиеся в свете этого возможности. Для этого прежде всего необходимо выяснить принципы организации биологических процессов, причем следует помнить, что любой процесс состоит из некоторых последовательных операций. Если полезный эффект возникает лишь в результате завершения процесса в целом, то в этом случае система эволюирует как комплекс, так как отбор идет по ценности общего конечного эффекта, а не по промежуточным эффектам каждого отдельного блока, реализующего промежуточную операцию. Из рассмотрения организации биологических систем и процессов вытекает ряд принципов. Их анализ представлен мною в монографии, опубликованной в 1985 г., и кратко изложен ниже.