Zdalna transmisja genów: badania naukowca Aleksandra Gurvicha

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-16 16:14

Późną wiosną 1906 r. Aleksander Gawriłowicz Gurwicz, już po trzydziestce, znany naukowiec, został zdemobilizowany z wojska. W czasie wojny z Japonią służył jako lekarz w tylnym pułku stacjonującym w Czernihowie. (Tam właśnie Gurvich, jak sam powiedział, „uciekając przed przymusowym lenistwem”, napisał i zilustrował „Atlas i esej o embriologii kręgowców”, który został opublikowany w trzech językach w ciągu następnych trzech lat).

Teraz wyjeżdża z młodą żoną i córeczką na całe lato do Rostowa Wielkiego - do rodziców żony. Nie ma pracy i nadal nie wie, czy zostanie w Rosji, czy znowu wyjedzie za granicę.

Za Wydziałem Lekarskim Uniwersytetu w Monachium, obrona pracy dyplomowej, Strasburgu i Uniwersytetem w Bernie. Młody rosyjski naukowiec zna już wielu europejskich biologów, jego eksperymenty są wysoko cenione przez Hansa Driescha i Wilhelma Rouxa. A teraz – trzy miesiące całkowitej izolacji od pracy naukowej i kontaktów z kolegami.

Tego lata A. G. Gurvich zastanawia się nad pytaniem, które sam sformułował w następujący sposób: „Co to znaczy, że nazywam siebie biologiem, a co tak naprawdę chcę wiedzieć?” Następnie, rozważając dokładnie zbadany i zilustrowany proces spermatogenezy, dochodzi do wniosku, że istota przejawów żywych istot polega na powiązaniach między odrębnymi zdarzeniami zachodzącymi synchronicznie. To określiło jego „kąt widzenia” w biologii.

Drukowane dziedzictwo A. G. Gurvich - ponad 150 artykułów naukowych. Większość z nich została opublikowana w języku niemieckim, francuskim i angielskim, których właścicielem był Aleksander Gawriłowicz. Jego praca pozostawiła jasny ślad w embriologii, cytologii, histologii, histofizjologii, biologii ogólnej. Ale być może słuszne byłoby stwierdzenie, że „głównym kierunkiem jego twórczej działalności była filozofia biologii” (z książki „Aleksander Gawriłowicz Gurwicz. (1874-1954)”. Moskwa: Nauka, 1970).

A. G. Gurvich w 1912 roku jako pierwszy wprowadził pojęcie „pola” do biologii. Rozwój koncepcji pola biologicznego był głównym tematem jego pracy i trwał ponad dekadę. W tym czasie poglądy Gurvicha na naturę pola biologicznego uległy głębokim zmianom, ale zawsze mówiły o polu jako o pojedynczym czynniku, który określa kierunek i porządek procesów biologicznych.

Nie trzeba dodawać, jaki smutny los spotkał tę koncepcję w następnym półwieczu. Było wiele spekulacji, których autorzy twierdzili, że zrozumieli fizyczną naturę tak zwanego „biopola”, ktoś natychmiast podjął się leczenia ludzi. Niektórzy odnosili się do A. G. Gurvich, nie zawracając sobie głowy próbami zagłębienia się w sens swojej pracy. Większość nie wiedziała o Gurvichu i na szczęście nie odnosiła się do niego, ponieważ ani do samego terminu „biopole”, ani do różnych wyjaśnień jego działania przez A. G. Gurvich nie ma z tym nic wspólnego. Niemniej jednak dzisiaj słowa „pole biologiczne” wywołują nieskrywany sceptycyzm wśród wykształconych rozmówców. Jednym z celów tego artykułu jest przybliżenie czytelnikom prawdziwej historii idei biologii w nauce.

Co porusza komórki?

A. G. Gurvich nie był zadowolony ze stanu biologii teoretycznej na początku XX wieku. Nie pociągały go możliwości genetyki formalnej, gdyż zdawał sobie sprawę, że problem „przekazywania dziedziczności” jest zasadniczo różny od problemu „wdrażania” cech w ciele.

Być może najważniejszym zadaniem biologii po dziś dzień jest poszukiwanie odpowiedzi na „dziecinne” pytanie: jak żywe istoty w całej swojej różnorodności powstają z mikroskopijnej kuli pojedynczej komórki? Dlaczego dzielące się komórki tworzą nie bezkształtne, grudkowate kolonie, ale złożone i doskonałe struktury narządów i tkanek? W ówczesnej mechanice rozwoju przyjęto podejście przyczynowo-analityczne zaproponowane przez W. Ru: rozwój zarodka determinowany jest mnogością sztywnych związków przyczynowo-skutkowych. Ale to podejście nie zgadzało się z wynikami eksperymentów G. Driescha, który dowiódł, że eksperymentalnie wywołane ostre odchylenia mogą nie przeszkadzać w pomyślnym rozwoju. Jednocześnie poszczególne części ciała w ogóle nie powstają z tych struktur, które są normalne - ale powstają! W ten sam sposób we własnych eksperymentach Gurvicha, nawet przy intensywnym wirowaniu jaj płazów, naruszającym ich widoczną strukturę, dalszy rozwój przebiegał ekwifinalnie – czyli kończył się tak samo, jak w jajach nienaruszonych.

Ryż. 1 Liczby A. G. Gurvich z 1914 r. - schematyczne obrazy warstw komórek w cewce nerwowej zarodka rekina. 1 - początkowa konfiguracja formacji (A), kolejna konfiguracja (B) (linia pogrubiona - obserwowany kształt, przerywana - zakładana), 2 - początkowa (C) i obserwowana konfiguracja (D), 3 - początkowa (E), przewidywana (F) … Linie prostopadłe pokazują długie osie komórek - "jeśli zbudujesz krzywą prostopadłą do osi komórek w danym momencie rozwoju, widać, że będzie pokrywać się z konturem późniejszego etapu rozwoju tego obszaru"

A. G. Gurvich przeprowadził statystyczne badanie mitoz (podziałów komórek) w symetrycznych częściach rozwijającego się zarodka lub poszczególnych narządów i uzasadnił koncepcję „czynnika normalizującego”, z którego później powstało pojęcie pola. Gurvich ustalił, że jeden czynnik kontroluje ogólny obraz rozmieszczenia mitoz w częściach zarodka, nie określając dokładnego czasu i lokalizacji każdego z nich. Niewątpliwie przesłanka teorii pola została zawarta w słynnej formule Driescha „przyszły los pierwiastka determinuje jego położenie jako całości”. Połączenie tej idei z zasadą normalizacji prowadzi Gurvicha do rozumienia porządku w życiu jako „podporządkowania” elementów jednej całości – w przeciwieństwie do ich „współdziałania”. W pracy „Dziedziczność jako proces urzeczywistniania” (1912) po raz pierwszy rozwija pojęcie pola embrionalnego – morf. W rzeczywistości była to propozycja przerwania błędnego koła: wyjaśnienia powstawania niejednorodności wśród początkowo jednorodnych elementów w funkcji położenia elementu we współrzędnych przestrzennych całości.

Następnie Gurvich zaczął szukać sformułowania prawa opisującego ruch komórek w procesie morfogenezy. Odkrył, że podczas rozwoju mózgu w zarodkach rekinów „długie osie komórek wewnętrznej warstwy nabłonka nerwowego były zorientowane w dowolnym momencie nie prostopadle do powierzchni formacji, ale w pewnym (15- 20 ') kąta do niego. Orientacja kątów jest naturalna: jeśli zbudujesz krzywą prostopadłą do osi komórki w danym momencie rozwoju, zobaczysz, że zbiegnie się ona z konturem późniejszego etapu rozwoju tego obszaru”(ryc. 1). Wydawało się, że komórki „wiedzą”, gdzie się pochylić, gdzie się rozciągnąć, aby zbudować pożądany kształt.

Aby wyjaśnić te obserwacje, A. G. Gurvich wprowadził pojęcie „powierzchni siły”, która pokrywa się z konturem końcowej powierzchni szczątków i kieruje ruchem komórek. Jednak sam Gurvich zdawał sobie sprawę z niedoskonałości tej hipotezy. Oprócz złożoności formy matematycznej nie zadowalała go „teleologia” pojęcia (wydawało się podporządkowywać ruch komórek nieistniejącej, przyszłej formie). W kolejnej pracy „O pojęciu pól embrionalnych” (1922) „ostateczną konfigurację szczątków traktuje się nie jako powierzchnię siły przyciągania, ale jako ekwipotencjalną powierzchnię pola emanującego ze źródeł punktowych”. W tej samej pracy po raz pierwszy wprowadzono pojęcie „pola morfogenetycznego”.

Pytanie zostało postawione przez Gurvicha tak szeroko i wyczerpująco, że każda teoria morfogenezy, która może powstać w przyszłości, będzie w istocie po prostu innym rodzajem teorii pola.

LV Biełousow, 1970

Biogenne ultrafioletowe

„Podstawy i korzenie problemu mitogenezy leżały w moim niegasnącym zainteresowaniu cudownym zjawiskiem kariokinezy (tak nazwano mitozę w połowie ubiegłego wieku – przyp. red.)” – pisał A. G. Gurvich w 1941 r. w swoich notatkach autobiograficznych."Mitogeneza" - termin roboczy, który narodził się w laboratorium Gurvicha i wkrótce weszło do powszechnego użytku, jest odpowiednikiem pojęcia "promieniowania mitogenetycznego" - bardzo słabego promieniowania ultrafioletowego tkanek zwierzęcych i roślinnych, stymulującego proces podziału komórek (mitoza).

A. G. Gurvich doszedł do wniosku, że należy traktować mitozy w żywym obiekcie nie jako pojedyncze zdarzenia, ale jako całość, jako coś skoordynowanego - czy są to ściśle zorganizowane mitozy pierwszych faz rozpadu jaja, czy też pozornie przypadkowe mitozy w tkankach dorosłe zwierzę lub roślina. Gurvich uważał, że tylko rozpoznanie integralności organizmu umożliwi połączenie procesów na poziomie molekularnym i komórkowym z topograficznymi cechami rozmieszczenia mitoz.

Od początku lat 20. A. G. Gurvich rozważał różne możliwości zewnętrznych wpływów stymulujących mitozę. W jego polu widzenia znajdowała się koncepcja hormonów roślinnych, opracowana w tym czasie przez niemieckiego botanika G. Haberlandta. (Położył zawiesinę zmiażdżonych komórek na tkankę roślinną i zaobserwował, jak komórki tkanki zaczynają się dzielić bardziej aktywnie.) Nie było jednak jasne, dlaczego sygnał chemiczny nie wpływa na wszystkie komórki w ten sam sposób, dlaczego, powiedzmy, małe komórki dzielą się bardziej często niż duże. Gurvich zasugerował, że cały sens leży w strukturze powierzchni komórki: być może w młodych komórkach elementy powierzchni są zorganizowane w specjalny sposób, sprzyjający percepcji sygnałów, a gdy komórka rośnie, ta organizacja jest zaburzona. (Oczywiście nie było wtedy pojęcia o receptorach hormonalnych).

Jeśli jednak to założenie jest poprawne, a przestrzenny rozkład niektórych pierwiastków ma znaczenie dla percepcji sygnału, to założenie to sugeruje, że sygnał może nie mieć charakteru chemicznego, ale fizycznego: np. promieniowanie oddziałujące na niektóre struktury komórki powierzchnia jest rezonansowa. Rozważania te zostały ostatecznie potwierdzone w eksperymencie, który później stał się powszechnie znany.

Ryż. 2 Indukcja mitozy na wierzchołku korzenia cebuli (rysunek z pracy „Das Problem der Zellteilung physiologisch betrachtet”, Berlin, 1926). Wyjaśnienia w tekście

Oto opis tego eksperymentu, który przeprowadzono w 1923 roku na Uniwersytecie Krymskim. „Emitujący korzeń (induktor), połączony z bańką, został wzmocniony poziomo, a jego wierzchołek został skierowany do strefy merystemu (czyli do strefy proliferacji komórek, w tym przypadku również znajdującej się w pobliżu wierzchołka korzenia. - wyd. Uwaga) drugiego podobnego korzenia (detektora) zamocowanego pionowo. Odległość między korzeniami wynosiła 2-3 mm”(ryc. 2). Pod koniec ekspozycji korzeń percepcyjny został precyzyjnie zaznaczony, unieruchomiony i pocięty na szereg podłużnych odcinków biegnących równolegle do płaszczyzny przyśrodkowej. Skrawki badano pod mikroskopem i liczono liczbę mitoz po stronie napromieniowanej i kontrolnej.

Już wtedy wiedziano, że rozbieżność między liczbą mitoz (zwykle 1000-2000) w obu połówkach wierzchołka korzenia zwykle nie przekracza 3-5%. Tak więc „znacząca, systematyczna, ostro ograniczona przewaga liczebności mitoz” w centralnej strefie korzenia percepcyjnego – a to zaobserwowali badacze na przekrojach – bezsprzecznie świadczyła o wpływie czynnika zewnętrznego. Coś wydobywającego się z wierzchołka korzenia induktora zmusiło komórki korzenia detektora do bardziej aktywnego podziału (ryc. 3).

Dalsze badania wyraźnie wykazały, że chodziło o promieniowanie, a nie o lotne chemikalia. Uderzenie rozprzestrzeniło się w postaci wąskiej równoległej wiązki - gdy tylko korzeń indukujący został lekko odchylony na bok, efekt zniknął. Zniknął również po umieszczeniu szklanej płytki między korzeniami. Ale jeśli płyta była wykonana z kwarcu, efekt utrzymywał się! Sugerowało to, że promieniowanie było ultrafioletowe. Później dokładniej ustalono jej granice spektralne – 190-330 nm, a średnią intensywność oszacowano na poziomie 300-1000 fotonów/s na centymetr kwadratowy. Innymi słowy, promieniowanie mitogenetyczne odkryte przez Gurvicha było promieniowaniem średnim i bliskim ultrafioletowi o niezwykle niskiej intensywności. (Według współczesnych danych intensywność jest jeszcze niższa - jest rzędu dziesiątek fotonów / s na centymetr kwadratowy.)

Ryż. 3 Graficzne przedstawienie efektów czterech eksperymentów. Kierunek dodatni (powyżej osi odciętych) oznacza przewagę mitozy po stronie napromieniowanej

Naturalne pytanie: co z ultrafioletem widma słonecznego, czy wpływa na podział komórek? W eksperymentach taki efekt został wykluczony: w książce A. G. Gurvich i L. D. Gurwicza „Promieniowanie mitogenetyczne” (M., Medgiz, 1945), w części zaleceń metodologicznych wyraźnie wskazano, że okna podczas eksperymentów powinny być zamknięte, w laboratoriach nie powinno być otwartego ognia i źródeł iskier elektrycznych. Ponadto eksperymentom koniecznie towarzyszyły kontrole. Należy jednak zauważyć, że intensywność słonecznego UV jest znacznie wyższa, dlatego jego wpływ na żywe obiekty w przyrodzie najprawdopodobniej powinien być zupełnie inny.

Prace nad tym tematem stały się jeszcze bardziej intensywne po przejściu A. G. Gurwicza w 1925 r. na Uniwersytecie Moskiewskim - został jednogłośnie wybrany kierownikiem Katedry Histologii i Embriologii Wydziału Lekarskiego. Promieniowanie mitogenetyczne stwierdzono w komórkach drożdży i bakterii, rozszczepiających jaja jeżowców i płazów, kulturach tkankowych, komórkach nowotworów złośliwych, układzie nerwowym (w tym izolowanych aksonach) i mięśniowym, krwi organizmów zdrowych. Jak widać z wykazu, wydzielały się również tkanki nierozszczepialne - pamiętajmy o tym fakcie.

Zaburzenia rozwoju larw jeżowca trzymanego w zamkniętych naczyniach kwarcowych pod wpływem przedłużonego promieniowania mitogenetycznego kultur bakteryjnych w latach 30. XX wieku badali J. i M. Magrou w Instytucie Pasteura. (Dzisiaj podobne badania na embrionach ryb i płazów prowadzi A. B. Burlakov w biofacjach Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego.)

Kolejne ważne pytanie, które naukowcy zadawali sobie w tych samych latach: jak daleko rozprzestrzenia się działanie promieniowania w żywej tkance? Czytelnik pamięta, że w eksperymencie z korzeniami cebuli zaobserwowano efekt lokalny. Czy oprócz niego jest też akcja dalekosiężna? Aby to ustalić, przeprowadzono eksperymenty modelowe: z lokalnym napromieniowaniem długich rurek wypełnionych roztworami glukozy, peptonu, kwasów nukleinowych i innych biomolekuł, promieniowanie rozchodziło się przez rurkę. Prędkość propagacji tzw. promieniowania wtórnego wynosiła około 30 m/s, co potwierdziło przypuszczenie o radiacyjno-chemicznego charakteru procesu. (W dzisiejszych czasach biomolekuły, absorbujące fotony UV, fluoryzowały, emitując foton o większej długości fali. Fotony z kolei dały początek kolejnym przemianom chemicznym.) Rzeczywiście, w niektórych eksperymentach zaobserwowano propagację promieniowania na całej długości obiekt biologiczny (na przykład w długich korzeniach tego samego łuku).

Gurvich i jego współpracownicy wykazali również, że silnie osłabione promieniowanie ultrafioletowe źródła fizycznego sprzyja również podziałowi komórek w korzeniach cebuli, podobnie jak induktor biologiczny.

Nasze sformułowanie podstawowej własności pola biologicznego nie przedstawia w swojej treści żadnych analogii z dziedzinami znanymi w fizyce (choć oczywiście im nie zaprzecza).

A. G. Gurwicz. Zasady biologii analitycznej i teorii pola komórkowego

Fotony przewodzą

Skąd w żywej komórce pochodzi promieniowanie UV? A. G. Gurvich i współpracownicy w swoich eksperymentach zarejestrowali widma enzymatycznych i prostych nieorganicznych reakcji redoks. Od pewnego czasu kwestia źródeł promieniowania mitogenetycznego pozostawała otwarta. Ale w 1933 roku, po opublikowaniu hipotezy fotochemika V. Frankenburgera, sytuacja z pochodzeniem fotonów wewnątrzkomórkowych stała się jasna. Frankenburger uważał, że źródłem pojawienia się wysokoenergetycznych kwantów ultrafioletowych były rzadkie akty rekombinacji wolnych rodników, które zachodzą podczas procesów chemicznych i biochemicznych i ze względu na ich rzadkość nie wpływają na ogólny bilans energetyczny reakcji.

Energia uwalniana podczas rekombinacji rodników jest absorbowana przez cząsteczki substratu i emitowana z widmem charakterystycznym dla tych cząsteczek. Ten schemat został dopracowany przez N. N. Siemionow (przyszły laureat Nagrody Nobla) iw tej formie został uwzględniony we wszystkich kolejnych artykułach i monografiach dotyczących mitogenezy. Współczesne badania chemiluminescencji systemów żywych potwierdziły słuszność tych poglądów, które są dziś powszechnie akceptowane. Oto tylko jeden przykład: badania białek fluorescencyjnych.

Oczywiście w białku absorbowane są różne wiązania chemiczne, w tym wiązania peptydowe - w środkowym ultrafiolecie (najintensywniej - 190-220 nm). Ale w badaniach fluorescencji istotne są aminokwasy aromatyczne, zwłaszcza tryptofan. Ma maksimum absorpcji przy 280 nm, fenyloalaninę przy 254 nm i tyrozynę przy 274 nm. Absorbując kwanty ultrafioletowe, aminokwasy te emitują je następnie w postaci promieniowania wtórnego – naturalnie, o większej długości fali, o widmie charakterystycznym dla danego stanu białka. Co więcej, jeśli w białku obecna jest co najmniej jedna reszta tryptofanu, to tylko ona będzie fluoryzować – energia pochłonięta przez reszty tyrozyny i fenyloalaniny jest do niego redystrybuowana. Widmo fluorescencji reszty tryptofanu silnie zależy od środowiska - czy pozostałość znajduje się, powiedzmy, blisko powierzchni kulki czy wewnątrz itd., a to widmo zmienia się w paśmie 310-340 nm.

A. G. Gurvich i jego współpracownicy wykazali w modelowych eksperymentach syntezy peptydów, że procesy łańcuchowe z udziałem fotonów mogą prowadzić do rozszczepienia (fotodysocjacja) lub syntezy (fotosynteza). Reakcjom fotodysocjacji towarzyszy promieniowanie, podczas gdy procesy fotosyntezy nie emitują.

Teraz stało się jasne, dlaczego wszystkie komórki emitują, ale podczas mitozy - szczególnie silnie. Proces mitozy jest energochłonny. Co więcej, jeśli w rosnącej komórce akumulacja i wydatkowanie energii przebiega równolegle z procesami asymilacji, to podczas mitozy energia zmagazynowana przez komórkę w interfazie jest tylko zużywana. Następuje rozpad złożonych struktur wewnątrzkomórkowych (np. powłoki jądra) i energochłonne odwracalne tworzenie nowych - np. supercewek chromatyny.

A. G. Gurvich i jego koledzy prowadzili również prace nad rejestracją promieniowania mitogenetycznego za pomocą liczników fotonów. Oprócz laboratorium Gurvich w Leningradzie IEM, badania te są również w Leningradzie, w Phystech pod A. F. Ioffe, kierowany przez G. M. Frank wraz z fizykami Yu. B. Khariton i S. F. Rodionow.

Na Zachodzie rejestracją promieniowania mitogenetycznego za pomocą fotopowielaczy zajmowali się tak wybitni specjaliści, jak B. Raevsky i R. Oduber. Przypomnijmy też G. Bartha, ucznia słynnego fizyka W. Gerlacha (twórcy ilościowej analizy spektralnej). Barth pracował przez dwa lata w laboratorium A. G. Gurvich i kontynuował swoje badania w Niemczech. Uzyskał wiarygodne pozytywne wyniki pracy ze źródłami biologicznymi i chemicznymi, a ponadto wniósł istotny wkład w metodologię wykrywania ultrasłabego promieniowania. Barth wykonał wstępną kalibrację czułości i dobór fotopowielaczy. Dziś ta procedura jest obowiązkowa i rutynowa dla każdego, kto mierzy słabe strumienie świetlne. Jednak to właśnie zaniedbanie tego i kilku innych niezbędnych wymagań nie pozwoliło wielu przedwojennym badaczom uzyskać przekonujących wyników.

Dziś w Międzynarodowym Instytucie Biofizyki (Niemcy) pod kierownictwem F. Poppa uzyskano imponujące dane dotyczące rejestracji supersłabego promieniowania ze źródeł biologicznych. Jednak niektórzy z jego przeciwników są sceptycznie nastawieni do tych prac. Zwykle uważają, że biofotony są produktami ubocznymi metabolizmu, rodzajem szumu świetlnego, który nie ma żadnego biologicznego znaczenia. „Emisja światła jest całkowicie naturalnym i oczywistym zjawiskiem, które towarzyszy wielu reakcjom chemicznym”, podkreśla fizyk Rainer Ulbrich z Uniwersytetu w Getyndze. Biolog Gunther Rothe ocenia sytuację w następujący sposób: „Biofotony istnieją bez wątpienia – dziś jednoznacznie potwierdzają to wysoce czułe urządzenia, jakimi dysponuje współczesna fizyka. Jeśli chodzi o interpretację Poppa (mówimy o tym, że chromosomy rzekomo emitują spójne fotony – przyp. red.), to piękna hipoteza, ale zaproponowane potwierdzenie eksperymentalne jest wciąż całkowicie niewystarczające do uznania jej słuszności. Z drugiej strony musimy wziąć pod uwagę, że uzyskanie dowodów w tej sprawie jest bardzo trudne, ponieważ po pierwsze natężenie tego promieniowania fotonowego jest bardzo niskie, a po drugie klasyczne metody wykrywania światła laserowego stosowane w fizyce są trudne do zastosowania tutaj”.

Wśród prac biologicznych opublikowanych w twoim kraju nic nie przyciąga uwagi świata naukowego bardziej niż twoja praca.

Z listu Albrechta Bethe z dnia 1.08.1930 do A. G. Gurwicz

Kontrolowana nierównowaga

Zjawiska regulacyjne w protoplazmie A. G. Gurvich zaczął spekulować po swoich wczesnych eksperymentach z odwirowywaniem zapłodnionych jaj płazów i szkarłupni. Niemal 30 lat później, kiedy zrozumieliśmy wyniki eksperymentów mitogenetycznych, temat ten nabrał nowego rozmachu. Gurvich jest przekonany, że analiza strukturalna substratu materialnego (zestawu biomolekuł), który reaguje na wpływy zewnętrzne, niezależnie od jego stanu funkcjonalnego, nie ma sensu. A. G. Gurvich formułuje fizjologiczną teorię protoplazmy. Jego istotą jest to, że żywe systemy mają specyficzny aparat molekularny do przechowywania energii, który jest zasadniczo nierównowagą. W uogólnionej formie jest to utrwalenie idei, że dopływ energii jest konieczny dla ciała nie tylko do wzrostu czy pracy, ale przede wszystkim do utrzymania stanu, który nazywamy żywymi.

Badacze zwrócili uwagę na fakt, że wybuch promieniowania mitogenetycznego był koniecznie obserwowany przy ograniczonym przepływie energii, co utrzymywało określony poziom metabolizmu organizmu żywego. (Przez „ograniczenie przepływu energii” należy rozumieć zmniejszenie aktywności układów enzymatycznych, zahamowanie różnych procesów transportu przezbłonowego, obniżenie poziomu syntezy i zużycia związków wysokoenergetycznych – czyli wszelkich procesów, które dostarczać komórce energii - na przykład odwracalnym chłodzeniem obiektu lub łagodnym znieczuleniem.) Gurvich sformułował koncepcję niezwykle labilnych formacji molekularnych o zwiększonym potencjale energetycznym, nierównowagowych w naturze i połączonych wspólną funkcją. Nazwał je nierównowagowymi konstelacjami molekularnymi (NMC).

A. G. Gurvich uważał, że to rozpad NMC, zakłócenie organizacji protoplazmy, spowodował wybuch promieniowania. Ma tu wiele wspólnego z pomysłami A. Szent-Györgyi dotyczącymi migracji energii wzdłuż ogólnych poziomów energetycznych kompleksów białkowych. Podobne pomysły na uzasadnienie natury promieniowania „biofotonicznego” wyraża dziś F. Popp – nazywa on migrujące regiony wzbudzenia „polarytonami”. Z punktu widzenia fizyki nie ma tu nic niezwykłego. (Które z obecnie znanych struktur wewnątrzkomórkowych mogą być odpowiednie do roli NMC w teorii Gurvicha - pozostawimy to ćwiczenie intelektualne czytelnikowi.)

Wykazano również doświadczalnie, że promieniowanie występuje również wtedy, gdy podłoże jest mechanicznie poddane wpływowi wirowania lub przyłożenia słabego napięcia. Dzięki temu można było stwierdzić, że NMC posiadają również uporządkowanie przestrzenne, które zostało zakłócone zarówno przez wpływ mechaniczny, jak i ograniczenie przepływu energii.

Na pierwszy rzut oka można zauważyć, że NMC, których istnienie zależy od dopływu energii, są bardzo podobne do struktur dyssypatywnych, które powstają w układach termodynamicznie nierównowagowych, odkrytych przez laureata Nagrody Nobla I. R. Prigogina. Jednak każdy, kto badał takie struktury (na przykład reakcja Biełousowa - Żabotyńskiego), bardzo dobrze wie, że nie są one odtwarzane absolutnie dokładnie z doświadczenia na doświadczenie, chociaż ich ogólny charakter jest zachowany. Ponadto są niezwykle wrażliwe na najmniejsze zmiany parametrów reakcji chemicznej i warunków zewnętrznych. Wszystko to oznacza, że ponieważ żywe obiekty są również formacjami nierównowagowymi, nie mogą utrzymać wyjątkowej stabilności dynamicznej swojej organizacji tylko dzięki przepływowi energii. Wymagany jest również jeden czynnik zamawiania systemu. Ten czynnik A. G. Gurvich nazwał to polem biologicznym.

W krótkim podsumowaniu ostateczna wersja biologicznej (komórkowej) teorii pola wygląda tak. Pole ma charakter wektorowy, a nie siły. (Pamiętaj: pole siłowe to obszar przestrzeni, w którym w każdym punkcie na umieszczony w nim obiekt testowy działa pewna siła; na przykład pole elektromagnetyczne. Pole wektorowe to obszar przestrzeni, w każdym punkcie którego podany jest pewien wektor, np. wektory prędkości cząstek w poruszającym się płynie.) Cząsteczki, które są w stanie wzbudzonym, a więc mają nadmiar energii, podlegają działaniu pola wektorowego. Nabierają nowej orientacji, deformują się lub poruszają w polu nie ze względu na swoją energię (czyli nie tak, jak dzieje się to z naładowaną cząsteczką w polu elektromagnetycznym), ale wydając własną energię potencjalną. Znaczna część tej energii jest zamieniana na energię kinetyczną; kiedy nadmiar energii zostaje zużyty, a cząsteczka powraca do stanu niewzbudzonego, działanie pola na nią ustaje. W efekcie w polu komórkowym powstaje uporządkowanie czasowo-przestrzenne – powstają NMC, charakteryzujące się zwiększonym potencjałem energetycznym.

W uproszczonej formie poniższe porównanie może to wyjaśnić. Jeżeli molekuły poruszające się w komórce to samochody, a ich nadmiar energii to benzyna, to pole biologiczne tworzy rzeźbę terenu, po którym jeżdżą samochody. Stosując „ulgę”, cząsteczki o podobnej charakterystyce energetycznej tworzą NMC. Łączy je, jak już wspomniano, nie tylko energetycznie, ale i wspólną funkcją, i istnieją po pierwsze dzięki dopływowi energii (samochody nie mogą jeździć bez benzyny), a po drugie dzięki porządkującemu działaniu pola biologicznego (w terenie samochód nie przejedzie). Poszczególne cząsteczki stale wchodzą i opuszczają NMC, ale cała NMC pozostaje stabilna, dopóki nie zmieni się wartość zasilającego ją przepływu energii. Wraz ze spadkiem jego wartości NMC rozkłada się, a zmagazynowana w nim energia zostaje uwolniona.

Teraz wyobraź sobie, że w pewnym obszarze żywej tkanki dopływ energii zmniejszył się: rozpad NMC stał się bardziej intensywny, dlatego wzrosła intensywność promieniowania, tego samego, które kontroluje mitozę. Oczywiście promieniowanie mitogenetyczne jest ściśle związane z polem – choć nie jest jego częścią! Jak pamiętamy, podczas rozpadu (dysymilacji) wydziela się nadmiar energii, która nie jest mobilizowana w NMC i nie bierze udziału w procesach syntezy; właśnie dlatego, że w większości komórek procesy asymilacji i dysymilacji zachodzą jednocześnie, chociaż w różnych proporcjach komórki mają charakterystyczny reżim mitogenetyczny. Podobnie jest z przepływami energii: pole nie wpływa bezpośrednio na ich natężenie, ale tworząc przestrzenną „relief” może skutecznie regulować ich kierunek i rozkład.

A. G. Gurvich pracował nad ostateczną wersją teorii pola w trudnych latach wojny. „Teoria pola biologicznego” została opublikowana w 1944 r. (Moskwa: Nauka sowiecka), a w kolejnym wydaniu w języku francuskim – w 1947 r. Teoria komórkowych pól biologicznych wywołała krytykę i nieporozumienia nawet wśród zwolenników poprzedniej koncepcji. Ich głównym zarzutem było to, że Gurvich rzekomo porzucił ideę całości i powrócił do zasady interakcji poszczególnych elementów (czyli pól poszczególnych komórek), którą sam odrzucił. W artykule "Koncepcja "całości" w świetle teorii pola komórkowego" (Zbiór "Prace nad mitogenezą i teorią pól biologicznych". Gurvich pokazuje, że tak nie jest. Ponieważ pola generowane przez poszczególne komórki wykraczają poza ich granice, a wektory pól są sumowane w dowolnym punkcie przestrzeni zgodnie z regułami sumowania geometrycznego, nowa koncepcja uzasadnia pojęcie „rzeczywistego” pola. W rzeczywistości jest to dynamiczne, integralne pole wszystkich komórek narządu (lub organizmu), zmieniające się w czasie i posiadające właściwości całości.

Od 1948 r. działalność naukowa A. G. Gurvich zmuszony jest skoncentrować się głównie na sferze teoretycznej. Po sierpniowym posiedzeniu Wszechzwiązkowej Akademii Rolniczej nie widział możliwości kontynuowania pracy w Instytucie Medycyny Doświadczalnej Rosyjskiej Akademii Nauk Medycznych (którego dyrektorem był od momentu powstania instytutu w 1945 r.) a na początku września wystąpił do Prezydium Akademii o emeryturę. W ostatnich latach życia napisał wiele prac dotyczących różnych aspektów teorii pola biologicznego, biologii teoretycznej i metodologii badań biologicznych. Gurvich uważał te prace za rozdziały jednej książki, która została opublikowana w 1991 roku pod tytułem „Principles of Analytical Biology and Theory of Cell Fields” (Moskwa: Nauka).

Samo istnienie żywego systemu jest, ściśle rzecz biorąc, problemem najgłębszym, w porównaniu z którym jego funkcjonowanie pozostaje lub powinno pozostać w cieniu.

A. G. Gurwicz. Histologiczne podstawy biologii. Jena, 1930 (po niemiecku)

„Empatia bez zrozumienia”

Prace A. G. Gurwicz o mitogenezie przed II wojną światową cieszył się dużą popularnością zarówno w naszym kraju, jak i za granicą. W laboratorium Gurvicha aktywnie badano procesy kancerogenezy, w szczególności wykazano, że krew pacjentów z rakiem, w przeciwieństwie do krwi zdrowych ludzi, nie jest źródłem promieniowania mitogenetycznego. W 1940 r. A. G. Gurvich otrzymał Nagrodę Państwową za pracę nad badaniem mitogenetycznym problemu raka. Koncepcje „pola” Gurvicha nigdy nie cieszyły się dużą popularnością, choć niezmiennie budziły żywe zainteresowanie. Jednak zainteresowanie jego pracą i raportami często pozostawało powierzchowne. AA Lyubishchev, który zawsze nazywał siebie uczniem A. G. Gurvich opisał tę postawę jako „współczucie bez zrozumienia”.

W naszych czasach współczucie zostało zastąpione wrogością. Znaczący wkład w zdyskredytowanie idei A. G. Gurvich został wprowadzony przez niektórych niedoszłych zwolenników, którzy interpretowali myśli naukowca „według własnego rozumienia”. Ale najważniejsze nie jest nawet to. Idee Gurvicha znalazły się na uboczu drogi obranej przez biologię „ortodoksyjną”. Po odkryciu podwójnej helisy przed badaczami pojawiły się nowe i kuszące perspektywy. Łańcuch „gen – białko – znak” przyciąga swoją konkretnością, pozorną łatwością uzyskania wyniku. Naturalnie biologia molekularna, genetyka molekularna, biochemia stały się głównymi nurtami, a niegenetyczne i nieenzymatyczne procesy kontrolne w żywych systemach zostały stopniowo zepchnięte na peryferie nauki, a samo ich badanie zaczęło być uważane za wątpliwe, frywolne zajęcie.

Dla współczesnych fizykochemicznych i molekularnych gałęzi biologii zrozumienie integralności jest obce, co A. G. Gurvich rozważał podstawową właściwość żywych istot. Z drugiej strony rozczłonkowanie jest praktycznie utożsamiane z nabywaniem nowej wiedzy. Preferowane są badania nad chemiczną stroną zjawisk. W badaniach nad chromatyną nacisk kładziony jest na pierwotną strukturę DNA, w której wolą widzieć przede wszystkim gen. Chociaż formalnie uznaje się nierównowagę procesów biologicznych, nikt nie przypisuje jej ważnej roli: zdecydowana większość prac ma na celu rozróżnienie między „czarnym” a „białym”, obecnością lub brakiem białka, aktywnością lub nieaktywnością genu. (Nie bez powodu termodynamika wśród studentów biologicznych uniwersytetów jest jedną z najbardziej niekochanych i najsłabiej postrzeganych gałęzi fizyki.) Co straciliśmy w pół wieku po Gurvichu, jak wielkie są straty – odpowiedź podpowie nam przyszłość nauki.

Prawdopodobnie biologia nie przyswoiła jeszcze idei dotyczących fundamentalnej integralności i nierównowagi istot żywych, jednej zasady porządkującej, która zapewnia tę integralność. I być może idee Gurvicha są jeszcze przed nami, a ich historia dopiero się zaczyna.

O. G. Gavrish, kandydat nauk biologicznych