La sfârșitul primăverii anului 1906, Alexandru Gavrilovici Gurvich, la jumătatea treizeci de ani, deja un cunoscut om de știință, a fost demobilizat din armată. În timpul războiului cu Japonia, el a servit ca medic în regimentul din spate staționat la Cernigov. (A fost acolo că Gurvich, în propriile sale cuvinte, „fugind de mângâierea forțată”, a scris și ilustrat „Atlas and Sketch of Vertebrate Embryology”, care a fost publicat în trei limbi în următorii trei ani). Acum pleacă împreună cu tânăra soție și fiica cea mică pentru toată vara la Rostov cel Mare - la părinții soției sale. Nu are nicio slujbă 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, apărarea tezei, Strasbourg și Universitatea 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 studiat și ilustrat minuțios al spermatogenezei, el ajunge la concluzia că esența manifestării ființelor vii constă în conexiunile dintre evenimentele individuale care se produc sincron. Acest lucru a determinat „unghiul său de vedere” în biologie.
Moștenirea tipărită a 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 Alexandru Gavrilovici. Lucrarea 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 creative a fost filozofia 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 cu privire la natura 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. S-au făcut multe speculații, ale căror autori au susținut 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 să se deranjeze deloc cu încercările de a aprofunda sensul operei sale. Majoritatea nu știa despre Gurvich și, din fericire, nu s-a referit, din moment ce nici la termenul „biocâmp” în sine, nici la diverse explicații ale acțiunii sale de către A. G. Gurvich nu are nicio relație. Cu toate acestea, astăzi, cuvintele „câmp biologic” provoacă scepticism nedisimulat în rândul interlocutorilor educați. Unul dintre obiectivele acestui articol este să le spui cititorilor adevărata poveste a ideii de câmp biologic din știință.
Ce mișcă celulele
Video promotional:
A. G. Gurvich nu era mulțumit de starea biologiei teoretice la începutul secolului XX. Nu a fost atras de posibilitățile geneticii formale, de vreme ce era conștient că problema „transmiterii eredității” este fundamental diferită de problema „implementării” trăsăturilor în organism.
Poate că principala sarcină a biologiei până în ziua de azi este căutarea unui răspuns la întrebarea „copilărească”: cum apar ființele vii în toată diversitatea lor dintr-o bilă microscopică a unei singure celule? De ce celulele împărțitoare nu formează colonii sub formă de forfotă, ci structuri complexe și perfecte ale organelor și țesuturilor? În mecanica dezvoltării de atunci, a fost adoptată abordarea cauzal-analitică propusă de W. Ru: dezvoltarea embrionului este determinată de o multitudine de relații cauzale rigide. Dar această abordare nu a fost în concordanță cu rezultatele experimentelor lui G. Driesch, care au dovedit că, probabil, au cauzat abateri puternice, nu pot interfera cu dezvoltarea de succes. În același timp, părțile individuale ale corpului nu se formează din acele structuri normale - ci sunt formate!În același mod, în experimentele proprii lui Gurvich, chiar și cu centrifugarea intensivă a ouălor amfibiene, care le-a perturbat structura vizibilă, dezvoltarea ulterioară a continuat echivalent - adică s-a încheiat în același mod ca în ouăle intacte.
Figura: 1 Figuri A. G. Gurvich din 1914 - imagini schematice ale straturilor de celule din tubul neural al unui embrion de rechin. 1 - configurație inițială a formațiunii (A), configurație ulterioară (B) (linie îndrăzneață - formă observată, punctată - asumată), 2 - configurație inițială (C) și configurație observată (D), 3 - inițială (E), prevăzută (F). Liniile perpendiculare arată axele lungi ale celulelor - „dacă construiți o curbă perpendiculară pe axele celulelor într-un moment dat de dezvoltare, puteți vedea că va coincide cu conturul unei etape ulterioare de dezvoltare a acestei zone”
A. G. Gurvich a efectuat un studiu statistic al mitozelor (divizii celulare) în părți simetrice ale embrionului sau organelor individuale în curs de dezvoltare și a fundamentat conceptul de „factor de normalizare”, din care a crescut ulterior conceptul de câmp. Gurvich a stabilit că un singur factor controlează imaginea de ansamblu a distribuției mitozelor în anumite părți ale embrionului, fără a determina deloc ora și locația exactă a fiecăruia dintre ele. Fără îndoială, premisa teoriei de câmp a fost cuprinsă chiar în celebra formulă a lui Driesch „soarta potențială a unui element este determinată de poziția sa în ansamblul său”. Combinația acestei idei cu principiul normalizării îl conduce pe Gurvich la o înțelegere a ordinii în viață ca „subordonare” a elementelor către un singur întreg - spre deosebire de „interacțiunea” lor. În lucrarea sa „Ereditatea ca proces de realizare” (1912), el dezvoltă mai întâi conceptul de câmp embrionar - morf. De fapt, a fost o propunere de rupere a cercului vicios: de a explica apariția eterogenității dintre elementele inițial omogene ca funcție a poziției elementului în coordonatele spațiale ale întregului.
După aceea, Gurvich a început să caute formularea legii care descrie mișcarea celulelor în procesul morfogenezei. El a descoperit că în timpul dezvoltării creierului în embrioni de rechin, „axele lungi ale celulelor stratului interior al epiteliului neural au fost orientate în orice moment, nu perpendicular pe suprafața formațiunii, ci într-un anumit unghi (15-20 ') cu acesta. Orientarea unghiurilor este naturală: dacă construiți o curbă perpendiculară pe axele celulelor la un moment dat de dezvoltare, puteți vedea că va coincide cu conturul unei etape ulterioare în dezvoltarea acestei zone”(Fig. 1). Părea că celulele „știu” unde să se aplece, 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 era mulțumit de „teleologia” conceptului (părea să subordoneze mișcarea celulelor la o formă inexistentă, viitoare). În lucrarea ulterioară „Pe conceptul de câmpuri embrionare” (1922) „configurația finală a rudimentului este considerată nu ca o suprafață de forță atrăgătoare, ci ca suprafața echipotențială a câmpului care emană din surse punctuale”. În aceeași lucrare a fost introdus pentru prima dată conceptul de „câmp morfogenetic”.
Ultraviolete biogene
"Bazele și rădăcinile problemei mitogenezei au fost puse în interesul meu care nu se menține în ceea ce privește fenomenul miraculos al cariocineziei (așa a fost numită mitoza din mijlocul secolului trecut. - Ed. Nota)", a scris A. G. Gurvich în 1941 în notele sale autobiografice. „Mitogeneză” este un termen de lucru care s-a născut în laboratorul lui Gurvich și a intrat în curând în uz general; este echivalent cu conceptul de „radiație mitogenetică” - radiații ultraviolete foarte slabe ale țesuturilor animale și vegetale care stimulează procesul de diviziune celulară (mitoză).
A. G. Gurvich a ajuns la concluzia că este necesar să luăm în considerare mitozele într-un obiect viu nu ca evenimente izolate, ci în agregat, ca ceva coordonat - fie că este vorba de mitoze strict organizate din primele faze ale clivajului ouă sau mitoze aparent aleatoare în țesuturile unui animal adult sau a unei plante. Gurvich credea că numai recunoașterea integrității organismului va face posibilă combinarea proceselor nivelurilor moleculare și celulare cu caracteristicile topografice ale distribuției mitozelor.
De la începutul anilor 1920 A. G. Gurvich a avut în vedere diverse posibilități de influență externă 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 plantelor și a observat cum celulele tisulare încep să se împartă mai activ.) Dar nu era clar de ce semnalul chimic nu afectează toate celulele în același mod, de ce, să spunem, celulele mici se împart mai des decât cele mari. Gurvich a sugerat că întregul punct se află 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 organizație este perturbată. (Desigur, nu a existat încă niciun concept de receptori hormonali.)
Cu toate acestea, dacă această presupunere este corectă și distribuția spațială a unor elemente este importantă pentru percepția semnalului, ipoteza sugerează că semnalul poate să nu fie chimic, ci de natură fizică: de exemplu, radiațiile care afectează unele structuri ale suprafeței celulare sunt rezonante. Aceste considerente au fost în cele din urmă confirmate într-un experiment care ulterior a devenit cunoscut pe scară largă.
Figura: 2 Inducerea mitozei la vârful rădăcinii de ceapă (extras 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 Crimeea. „Rădăcina de emisie (inductor), conectată la bec, a fost consolidată pe orizontală, iar vârful acesteia a fost direcționat către zona meristemului (adică spre zona de proliferare a celulelor, în acest caz, de asemenea, situată în apropierea vârfului rădăcinii. - Ed. Notă) a celei de-a doua rădăcini similare (detector) fixat 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 care se desfășoară paralel cu planul medial. Secțiunile au fost examinate la microscop și numărul de mitoze a fost calculat pe părțile iradiate și de control.
La acea vreme se știa deja că discrepanța dintre numărul de mitoze (de obicei 1000-2000) în ambele jumătăți ale vârfului rădăcinii nu depășește în mod normal 3-5%. Astfel, „o preponderență semnificativă, sistematică, foarte limitată a numărului de mitoze” în zona centrală a rădăcinii perceptive - și asta este ceea ce cercetătorii au văzut pe secțiuni - mărturisesc indiscutabil influența unui factor extern. Ceva ce emană din vârful rădăcinii inductorului a obligat celulele rădăcinii detectorului să se împartă mai activ (Fig. 3).
Cercetările ulterioare au arătat clar că este vorba despre radiații și nu despre substanțe chimice volatile. Impactul s-a răspândit sub forma unui fascicul paralel îngust - imediat ce rădăcina inductivă a fost ușor deviată în lateral, efectul a dispărut. De asemenea, a dispărut când a fost plasată o placă de sticlă între rădăcini. Dar dacă placa a fost făcută din cuarț, efectul a persistat! Acest lucru a sugerat că radiațiile erau ultraviolete. Ulterior, limitele sale spectrale au fost stabilite mai precis - 190-330 nm, iar intensitatea medie a fost estimată la 300-1000 fotoni / s pe centimetru pătrat. Cu alte cuvinte, radiațiile mitogenetice descoperite de Gurvich erau medii și aproape de ultraviolete de intensitate extrem de scăzută. (Conform datelor moderne, intensitatea este și mai mică - este de ordinul a zeci de fotoni / s pe centimetru pătrat.)
Figura: 3 Reprezentarea grafică a efectelor a patru experimente. Direcția pozitivă (deasupra axei absciselor) înseamnă predominanța mitozei pe partea iradiată.
O întrebare naturală: ce se întâmplă cu ultravioleta spectrului solar, afectează diviziunea celulară? În experimente, un astfel de efect a fost exclus: în cartea A. G. Gurvich și L. D. Gurvich „Radiație mitogenetică” (M., Medgiz, 1945), în secțiunea recomandărilor metodologice, este indicat clar că geamurile din timpul experimentelor trebuie închise, în laboratoare nu trebuie să existe foc deschis și surse de scântei electrice. În plus, experimentele au fost însoțite în mod necesar de controale. Cu toate acestea, trebuie menționat că intensitatea radiațiilor solare UV este mult mai mare, prin urmare, efectul său asupra obiectelor vii din natură, cel mai probabil, ar trebui să fie complet diferit.
Munca pe acest subiect a devenit și mai intensă după trecerea lui A. G. Gurvich în 1925 la Universitatea din Moscova - a fost ales în unanimitate șeful Departamentului de Histologie și Embriologie al Facultății de Medicină. Radiația mitogenetică s-a găsit în drojdii și celulele bacteriene, curățând ouăle de arici de mare și amfibieni, culturi de țesuturi, celule de tumori maligne, nervoase (inclusiv axoni izolați) și sisteme musculare și sângele organismelor sănătoase. Așa cum se poate observa din listă, de asemenea, s-au emis țesuturi non-fissile - să ne amintim acest fapt.
Tulburările de dezvoltare ale larvelor de arici de mare păstrate în vase de cuarț sigilate sub influența radiațiilor mitogenetice pe termen lung ale culturilor bacteriene în anii 30 ai secolului XX au fost studiate de J. și M. Magrou de la Institutul Pasteur. (Astăzi, astfel de studii cu embrioni de pești și amfibieni sunt efectuate la biofaciile Universității de Stat din Moscova de A. B. Burlakov.)
O altă întrebare importantă pusă de cercetători în aceiași ani: cât de departe se răspândește acțiunea radiației în țesutul viu? Cititorul își va aminti că un experiment local a fost observat în experimentul cu rădăcini de ceapă. Există, pe lângă el, și acțiune pe distanță lungă? Pentru a stabili acest lucru, s-au efectuat experimente model: cu iradierea locală a tuburilor lungi umplute cu soluții de glucoză, peptonă, acizi nucleici și alte biomolecule, radiația propagată prin tub. Viteza de propagare a așa-numitei radiații secundare a fost de aproximativ 30 m / s, ceea ce a confirmat presupunerea despre natura radiativă-chimică a procesului. (În termeni moderni, biomoleculele, absorbind fotoni UV, fluorescente, emit un foton cu o lungime de undă mai lungă. Fotonii, la rândul lor, au dat naștere la transformări chimice ulterioare.) Într-adevăr,în unele experimente, propagarea radiațiilor a fost observată pe întreaga lungime a unui obiect biologic (de exemplu, în rădăcinile lungi ale aceluiași arc).
Gurvich și colegii săi au arătat, de asemenea, că radiațiile ultraviolete extrem de atenuate ale unei surse fizice promovează și diviziunea celulară în rădăcinile cepei, la fel ca și un inductor biologic.
Fotoni sunt dirijori
De unde provine radiațiile UV într-o celulă vie? A. G. Gurvich și colaboratorii au înregistrat spectrele reacțiilor redox enzimatice și simple anorganice simple în experimentele lor. Un timp, problema surselor de radiații mitogenetice a rămas deschisă. Dar în 1933, după publicarea ipotezei fotocimistului V. Frankenburger, situația cu originea fotonilor intracelulari a devenit clară. Frankenburger credea că sursa de apariție a cantei ultraviolete de mare energie au fost acte rare de recombinare a radicalilor liberi care apar 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 emisă cu un spectru caracteristic acestor molecule. Această schemă a fost rafinată de N. N. Semyonov (viitor laureat Nobel) și în această formă a fost inclus în toate articolele și monografiile ulterioare despre mitogeneză. Studiul modern al chemiluminiscenței sistemelor vii a confirmat corectitudinea acestor puncte de vedere, care sunt în general acceptate astăzi. Iată doar un exemplu: studii fluorescente proteice.
Desigur, diferite legături chimice sunt absorbite în proteină, inclusiv legături peptidice - în ultravioletul mediu (cel mai intens - 190-220 nm). Dar aminoacizii aromatici, în special triptofanul, sunt relevanți pentru studiile de fluorescență. Are o absorbție maximă la 280 nm, fenilalanină la 254 nm și tirozină la 274 nm. Absorbând quanta ultravioletă, acești aminoacizi le emit sub formă de radiații secundare - în mod natural, cu o lungime de undă mai lungă, 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 îi este redistribuită. Spectrul de fluorescență al unui rezidu de triptofan depinde puternic de mediul înconjurător - indiferent dacă reziduul este, să zicem, aproape de suprafața globulei sau în interior etc.iar acest spectru variază în banda de 310-340 nm.
A. G. Gurvich și colegii săi au arătat în experimentele modelului pe sinteza peptidelor că procesele în lanț care implică fotoni pot duce la clivaj (fotodisociere) sau sinteză (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 mitozei este consumator de energie. Mai mult, dacă într-o celulă în creștere acumularea și cheltuielile de energie sunt în paralel cu procesele asimilative, atunci în timpul mitozei, energia stocată de celulă în interfaza este consumată numai. Au loc dezintegrarea structurilor intracelulare complexe (de exemplu, învelișul nucleului) și crearea reversibilă a consumului de energie a celor noi - de exemplu, supercoli de cromatină.
A. G. Gurvich și colegii săi au efectuat, de asemenea, lucrări la înregistrarea radiațiilor mitogenetice folosind contoare de fotoni. Pe lângă laboratorul Gurvich de la IEM Leningrad, aceste studii sunt și în Leningrad, la Phystech sub A. F. Ioffe, condusă 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 s-au angajat în înregistrarea radiațiilor mitogenetice folosind tuburi fotomultiplicatoare. De asemenea, ar trebui să ne amintim de G. Barth, un student al celebrului fizician W. Gerlach (fondatorul analizei spectrale cantitative). Bart a lucrat doi ani în laboratorul A. G. Gurvich și-a continuat cercetările în Germania. El a obținut rezultate pozitive fiabile, lucrând cu surse biologice și chimice și, în plus, a adus o contribuție importantă la metodologia de detectare a radiațiilor ultra-slabe. Barth a efectuat calibrarea preliminară a sensibilității și selectarea fotomultiplicatoarelor. Astăzi, această procedură este obligatorie și de rutină pentru toți cei implicați în măsurarea fluxurilor luminoase slabe. Cu toate acestea, tocmai neglijarea acestui lucru și a altor cerințe necesare au împiedicat o serie de cercetători de dinainte de război să obțină rezultate convingătoare.
Astăzi, date impresionante cu privire la înregistrarea radiațiilor superweak din surse biologice au fost obținute la Institutul Internațional de Biofizică (Germania) sub conducerea lui F. Popp. Cu toate acestea, unii dintre adversarii 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 semnificație biologică. „Emisia de lumină este un fenomen complet natural și auto-evident, care însoțește multe reacții chimice”, subliniază fizicianul Rainer Ulbrich de la Universitatea din Göttingen. Biologul Gunther Rothe evaluează situația în felul următor: „Biophotonii există fără îndoială - astăzi acest lucru este confirmat fără echivoc de dispozitivele extrem de sensibile la dispoziția fizicii moderne. Cât despre interpretarea lui Popp (vorbim desprecă, probabil, cromozomii emit fotoni coerenti. - Notă. Ed.), Atunci aceasta este o ipoteză frumoasă, dar confirmarea experimentală propusă este încă complet insuficientă pentru a-i recunoaște valabilitatea. Pe de altă parte, trebuie să avem în vedere că este foarte dificil să obținem dovezi în acest caz, deoarece, în primul rând, intensitatea acestei radiații fotonice este foarte mică, iar în al doilea rând, metodele clasice de detectare a luminii laser utilizate în fizică sunt dificil de aplicat aici.și în al doilea rând, metodele clasice de detectare a luminii laser utilizate în fizică sunt dificil de aplicat aici”.și în al doilea rând, metodele clasice de detectare a luminii laser utilizate în fizică sunt dificil de aplicat aici”.
Dezechilibru controlat
Fenomenele de reglementare în protoplasmă A. G. Gurvich a început să speculeze după primele sale experimente în centrifugarea ouălor fertilizate de amfibieni și echinodermii. Aproape 30 de ani mai târziu, la interpretarea 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 influențele externe, indiferent de starea sa funcțională, nu are 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 fond un echilibru. Într-o formă generalizată, aceasta este o fixare a ideii că un flux de energie este necesar organismului nu numai pentru creșterea sau performanța muncii, ci în primul rând pentru menținerea acestei stări,pe care o numim vii.
Cercetătorii au atras atenția asupra faptului că o explozie de radiații mitogenetice a fost neapărat observată 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 înțeleasă o scădere a activității sistemelor enzimatice, suprimarea diferitelor procese de transport transmembranar, o scădere a nivelului de sinteză și consum al compușilor cu energie mare - adică a oricăror procese care asigură celulei energie - de exemplu, cu răcire reversibilă a unui obiect sau cu anestezie ușoară.) Gurvich a formulat conceptul de formațiuni moleculare extrem de labile cu un potențial energetic crescut, fără echilibru în natură și unite de o funcție comună. El le-a numit constelații moleculare non-echilibru (NMC).
A. G. Gurvich credea că a fost dezintegrarea NMC, întreruperea organizării protoplasmei, care a provocat o explozie de radiații. Aici are multe în comun cu ideile lui A. Szent-Györgyi despre migrarea energiei de-a lungul nivelului general de energie al complexelor proteice. Idei similare pentru fundamentarea naturii radiației „biofotonice” sunt acum exprimate de F. Popp - el numește regiunile de excitație migratoare „polaritoni”. Din punct 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 - acest exercițiu intelectual va fi lăsat cititorului.)
S-a demonstrat experimental și că radiațiile apar și atunci când substratul este influențat mecanic de centrifugare sau de aplicarea unei solicitări slabe. Acest lucru a făcut posibil să se spună că NMC deține, de asemenea, ordonare spațială, care a fost perturbată atât de influența mecanică, cât și de limitarea fluxului de energie.
La prima vedere, se observă că NMC, a cărei existență depinde de fluxul de energie, sunt foarte asemănătoare cu structurile disipative care apar în sisteme de echilibru termodinamic, care au fost descoperite de laureatul Nobel I. R. Prigogine. Totuși, oricine a studiat astfel de structuri (de exemplu, reacția Belousov-Zhabotinsky) știe bine că nu sunt reproduse absolut exact de la experiență la experiență, deși caracterul lor general rămâne. În plus, acestea sunt extrem de sensibile la cea mai mică modificare a parametrilor unei reacții chimice și a condițiilor externe. Toate acestea înseamnă că, întrucât obiectele vii sunt, de asemenea, formațiuni fără echilibru, ele nu pot menține stabilitatea dinamică unică a organizației lor numai datorită fluxului de energie. De asemenea, este necesar un factor de comandă unic al sistemului. Acest factor A. G. Gurvich a numit-o câmp biologic.
Gurvich a conectat sursa câmpului cu centrul celulei, mai târziu cu nucleul, iar în versiunea finală a teoriei cu cromozomii. În opinia sa, câmpul își are originea în timpul transformărilor (sintezei) cromatinei, iar regiunea cromatinei ar putea deveni sursa câmpului doar în domeniul regiunii vecine, care se afla deja în această stare. Câmpul obiectului în ansamblu, conform ideilor ulterioare ale lui Gurvich, a existat ca suma câmpurilor celulelor.
Într-un scurt rezumat, versiunea finală a teoriei câmpului biologic (celular) arată astfel. Câmpul are un caracter vectorial, nu o forță. (Amintiți-vă: un câmp de forță este o regiune a spațiului, în fiecare punct în care o anumită forță acționează asupra unui obiect de test plasat în el; de exemplu, un câmp electromagnetic. Un câmp vector este o regiune a spațiului, în fiecare punct al cărui anumit vector este dat, de exemplu, vectori de viteză a particulelor dintr-un fluid în mișcare.) Moleculele care sunt într-o stare excitată și care au astfel un exces de energie intră sub acțiunea câmpului vectorial. Ele dobândesc o nouă orientare, se deformează sau se mișcă în câmp nu datorită energiei sale (adică nu în același mod în care se întâmplă cu o particulă încărcată într-un câmp electromagnetic), ci cheltuindu-și propria energie potențială. O parte semnificativă a acestei energii este transformată în energie cinetică; atunci când excesul de energie este cheltuit și molecula revine la o stare neexcitată, efectul câmpului asupra acesteia se oprește. Ca urmare, în câmpul celular se formează ordonare 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 benzina, atunci câmpul biologic formează relieful terenului pe care se deplasează mașinile. Datorită „reliefului”, moleculele cu caracteristici energetice similare formează NMC. Acestea, după cum am menționat deja, sunt unite nu numai energetic, ci și printr-o funcție comună și există, în primul rând, datorită fluxului de energie (mașinile nu pot merge fără benzină) și, în al doilea rând, datorită acțiunii de ordonare a câmpului biologic (off-road) mașina nu va trece). Moleculele individuale intră constant și părăsesc NMC, dar întregul NMC rămâne stabil până când valoarea fluxului de energie care îl alimentează se schimbă. Odată cu scăderea valorii sale, NMC se descompune și energia stocată în el este eliberată.
Acum să ne imaginăm că într-o anumită zonă a țesutului viu fluxul de energie a scăzut: degradarea NMC a devenit mai intensă, prin urmare, intensitatea radiațiilor a crescut, cea care controlează mitoza. Desigur, radiația mitogenetică este strâns legată de câmp - deși nu face parte din ea! După cum ne amintim, în timpul degradării (disimilarea) este emisă excesul de energie, care nu este mobilizată în NMC și nu este implicată în procesele de sinteză; tocmai pentru că în majoritatea celulelor procesele de asimilare și disimilare au loc simultan, deși în proporții diferite, celulele au un regim mitogenetic caracteristic. La fel se întâmplă și cu fluxurile de energie: câmpul nu le afectează în mod direct intensitatea, dar, formând un „relief” spațial, poate regla eficient direcția și distribuția lor.
A. G. Gurvich a lucrat la versiunea finală a teoriei câmpurilor în anii dificili de război. „Teoria câmpului biologic” a fost publicată în 1944 (Moscova: Știința sovietică) și în ediția ulterioară în franceză - în 1947. Teoria câmpurilor biologice celulare a provocat critici și neînțelegeri chiar și în rândul susținătorilor conceptului anterior. Principalul reproș al lor a fost că Gurvich ar fi abandonat ideea întregului și a revenit la principiul interacțiunii elementelor individuale (adică câmpurile celulelor individuale), pe care el însuși le-a respins. În articolul „Conceptul„ întregului”în lumina teoriei câmpului celular” (Colecția „Lucrări despre mitogeneză și teoria câmpurilor biologice”. M.: Editura AMN, 1947) A. G. Gurvich arată că nu este cazul. Întrucât câmpurile generate de celulele individuale se extind dincolo de limitele lor,iar vectorii câmpului sunt însumiți în orice punct al spațiului conform regulilor adăugării geometrice, noul concept fundamentează conceptul unui câmp „real”. Acesta este, de fapt, un câmp integral dinamic al tuturor celulelor unui organ (sau organism), care se schimbă în timp și are proprietățile unui întreg.
Din 1948, A. G. Gurvich este obligat să se concentreze în principal în sfera teoretică. După sesiunea din august a VASKhNIL, nu a văzut ocazia de a continua să lucreze la Institutul de Medicină Experimentală al Academiei Ruse de Științe Medicale (directorul căruia fusese de la fondarea institutului în 1945), iar la începutul lunii septembrie a candidat la Prezidiul Academiei pentru pensionare. În ultimii ani ai vieții sale, el a scris numeroase lucrări despre diverse aspecte ale teoriei biologice a câmpurilor, biologie teoretică și metodologie de cercetare biologică. Gurvich a considerat aceste lucrări ca fiind capitole ale unei singure cărți, care a fost publicată în 1991 sub titlul „Principiile biologiei analitice și teoria câmpurilor celulare” (Moscova: Nauka).
„Empatie fără înțelegere”
Lucrările lui A. G. Gurvich despre mitogeneză înainte de al doilea război mondial au fost foarte populari atât în țara noastră, cât și în străinătate. În laboratorul lui Gurvich, procesele carcinogenezei au fost studiate în mod activ, în special, s-a arătat că sângele pacienților cu cancer, spre deosebire de sângele persoanelor sănătoase, 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 „câmpului” lui Gurvich nu s-au bucurat niciodată de popularitate largă, deși au trezit invariabil interesul intens. Dar acest interes pentru munca și rapoartele sale a rămas adesea superficial. A. A. Lyubișev, care s-a numit întotdeauna un elev al A. G. Gurvich a descris această atitudine drept „simpatie fără înțelegere”.
În timpul nostru, simpatia a fost înlocuită de ostilitate. O contribuție semnificativă la discreditarea ideilor lui A. G. Gurvich a fost introdus de unii urmași, care au interpretat gândurile savantului „în funcție de propria lor înțelegere”. Dar principalul lucru nu este chiar asta. Ideile lui Gurvich s-au dovedit a fi în afara căii luate de biologia „ortodoxă”. După descoperirea dublei eliciuri, au apărut perspective noi și atractive în fața cercetătorilor. Lanțul "genă - proteină - semn" atras cu concretitatea sa, aparent ușurința de a obține un rezultat. În mod natural, biologia moleculară, genetica moleculară, biochimia au devenit elemente principale, iar procesele de control non-genetice și non-enzimatice din sistemele vii au fost împinse treptat către periferia științei, iar studiul lor 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 o considera o proprietate fundamentală a lucrurilor vii. Pe de altă parte, dezmembrarea este practic echivalată cu obținerea de noi cunoștințe. Se preferă cercetarea pe partea chimică a fenomenelor. În studiul cromatinei, accentul este mutat la structura primară a ADN-ului, iar 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 copleșitoare a lucrărilor au ca scop distincția între „negru” și „alb”, prezența sau absența proteinei, activitatea sau inactivitatea unei gene. (Nu este degeaba că termodinamica în rândul studenților universităților biologice este una dintre cele mai nevorbite și slab percepute ramuri ale fizicii.) Ce am pierdut în jumătate de secol după Gurvich,cât de mari sunt pierderile - viitorul științei va spune răspunsul.
Probabil, biologia nu trebuie să asimileze încă idei despre integritatea fundamentală și dezechilibrul vieții, despre un singur principiu de ordonare care asigură această integritate. Și poate ideile lui Gurvich sunt încă înainte, iar istoria lor abia începe.
O. G. Gavrish, candidat la științe biologice
„Chimie și viață - secolul XXI”
