Prenos génov na diaľku: výskum vedca Alexandra Gurvicha

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-16 16:15

Koncom jari 1906 bol z armády demobilizovaný Alexander Gavrilovič Gurvich, v polovici tridsiatky už známy vedec. Počas vojny s Japonskom slúžil ako lekár v tylovom pluku dislokovanom v Černigove. (Práve tam Gurvich podľa vlastných slov „utekal pred nútenou nečinnosťou“napísal a ilustroval „Atlas a esej o embryológii stavovcov“, ktorá vyšla v troch jazykoch v nasledujúcich troch rokoch).

Teraz odchádza so svojou mladou manželkou a malou dcérkou na celé leto do Rostova Veľkého – k manželkiným rodičom. Nemá prácu a stále nevie, či zostane v Rusku, alebo pôjde opäť do zahraničia.

Za Lekárskou fakultou Mníchovskej univerzity, obhajobou diplomovej práce, Štrasburgom a Univerzitou v Berne. Mladý ruský vedec sa už pozná s mnohými európskymi biológmi, jeho experimenty vysoko oceňujú Hans Driesch a Wilhelm Roux. A teraz – tri mesiace úplnej izolácie od vedeckej práce a kontaktov s kolegami.

Toto leto A. G. Gurvič sa zamýšľa nad otázkou, ktorú sám sformuloval takto: „Čo to znamená, že sa nazývam biológom a čo vlastne chcem vedieť?“Potom, berúc do úvahy dôkladne preštudovaný a ilustrovaný proces spermatogenézy, prichádza k záveru, že podstata prejavu živých vecí spočíva v spojeniach medzi samostatnými udalosťami, ktoré sa vyskytujú synchrónne. To určilo jeho „uhol pohľadu“v biológii.

Tlačené dedičstvo A. G. Gurvich - viac ako 150 vedeckých prác. Väčšina z nich vyšla v nemčine, francúzštine a angličtine, ktoré vlastnil Alexander Gavrilovič. Jeho práca zanechala jasnú stopu v embryológii, cytológii, histológii, histofyziológii, všeobecnej biológii. Ale možno by bolo správne povedať, že „hlavným smerom jeho tvorivej činnosti bola filozofia biológie“(z knihy „Alexander Gavrilovič Gurvič. (1874-1954)“. Moskva: Nauka, 1970).

A. G. Gurvich v roku 1912 ako prvý zaviedol pojem „pole“do biológie. Vývoj konceptu biologického poľa bol hlavnou témou jeho práce a trval viac ako jedno desaťročie. Počas tejto doby Gurvichove názory na povahu biologického poľa prešli hlbokými zmenami, ale vždy hovorili o poli ako o jedinom faktore, ktorý určuje smer a usporiadanosť biologických procesov.

Netreba dodávať, aký smutný osud čakal tento koncept v nasledujúcom polstoročí. Objavilo sa množstvo špekulácií, ktorých autori tvrdili, že pochopili fyzikálnu podstatu takzvaného „biopoľa“, niekto sa okamžite podujal liečiť ľudí. Niektorí sa odvolávali na A. G. Gurvich, bez toho, aby sa vôbec obťažoval pokusmi ponoriť sa do zmyslu svojej práce. Väčšina o Gurvichovi nevedela a našťastie sa naňho ani neodvolávala, keďže ani samotný pojem „biopole“, ani rôzne vysvetlenia jeho konania od A. G. Gurvich s tým nemá nič spoločné. Napriek tomu dnes slová „biologické pole“vyvolávajú medzi vzdelanými partnermi neskrývanú skepsu. Jedným z cieľov tohto článku je povedať čitateľom skutočný príbeh myšlienky biologického poľa vo vede.

Čo hýbe bunkami

A. G. Gurvich nebol spokojný so stavom teoretickej biológie na začiatku 20. storočia. Nelákali ho možnosti formálnej genetiky, keďže si uvedomoval, že problém „prenosu dedičnosti“je zásadne odlišný od problému „implementácie“vlastností v tele.

Azda najdôležitejšou úlohou biológie je dodnes hľadanie odpovede na „detskú“otázku: ako vznikajú živé bytosti v celej svojej rozmanitosti z mikroskopickej guľôčky jedinej bunky? Prečo deliace sa bunky nevytvárajú beztvaré hrudkovité kolónie, ale zložité a dokonalé štruktúry orgánov a tkanív? Vo vtedajšej mechanike vývoja bol prijatý kauzálno-analytický prístup navrhnutý W. Ru: vývoj embrya je determinovaný množstvom rigidných vzťahov príčina-následok. Tento prístup sa však nezhodoval s výsledkami experimentov G. Driescha, ktorý dokázal, že experimentálne spôsobené prudké odchýlky nemusia brániť úspešnému vývoju. Jednotlivé časti tela sa zároveň vôbec netvoria z tých štruktúr, ktoré sú normálne – ale tvoria sa! Tak isto aj pri vlastných Gurvichových pokusoch, aj pri intenzívnom odstreďovaní vajíčok obojživelníkov, porušujúcich ich viditeľnú štruktúru, ďalší vývoj prebiehal ekvifinálne – teda skončil rovnako ako u neporušených vajíčok.

Ryža. 1 Obrázky A. G. Gurvich z roku 1914 - schematické obrázky bunkových vrstiev v nervovej trubici žraločieho embrya. 1 - počiatočná konfigurácia formácie (A), následná konfigurácia (B) (tučná čiara - pozorovaný tvar, prerušovaná - predpokladaná), 2 - počiatočná (C) a pozorovaná konfigurácia (D), 3 - počiatočná (E), predpokladaná (F) … Kolmé čiary znázorňujú dlhé osi buniek - "ak postavíte krivku kolmú na osi buniek v danom momente vývoja, môžete vidieť, že sa bude zhodovať s obrysom neskoršej fázy vývoja tejto oblasti"

A. G. Gurvich uskutočnil štatistickú štúdiu mitóz (bunkových delení) v symetrických častiach vyvíjajúceho sa embrya alebo jednotlivých orgánov a zdôvodnil koncept „normalizačného faktora“, z ktorého neskôr vznikol koncept poľa. Gurvich zistil, že jediný faktor riadi celkový obraz distribúcie mitóz v častiach embrya bez toho, aby vôbec určoval presný čas a umiestnenie každej z nich. Premisa teórie poľa bola nepochybne obsiahnutá v slávnej Drieschovej formulke „perspektívny osud prvku je určený jeho postavením ako celku“. Spojenie tejto myšlienky s princípom normalizácie vedie Gurviča k chápaniu usporiadanosti v živote ako „podriadenosti“prvkov jedinému celku – na rozdiel od ich „interakcie“. Vo svojom diele „Dedičnosť ako proces realizácie“(1912) po prvý raz rozvíja koncept embryonálneho poľa – morf. V skutočnosti išlo o návrh prelomiť začarovaný kruh: vysvetliť vznik heterogenity medzi pôvodne homogénnymi prvkami ako funkciu polohy prvku v priestorových súradniciach celku.

Potom Gurvich začal hľadať formuláciu zákona popisujúceho pohyb buniek v procese morfogenézy. Zistil, že počas vývoja mozgu u žraločích embryí boli „dlhé osi buniek vnútornej vrstvy neurálneho epitelu v akomkoľvek čase orientované nie kolmo na povrch útvaru, ale v určitom (15- 20') uhol k nemu. Orientácia uhlov je prirodzená: ak zostrojíte krivku kolmú na osi buniek v danom momente vývoja, môžete vidieť, že sa bude zhodovať s obrysom neskoršej fázy vývoja tejto oblasti “(obr. 1).). Zdalo sa, že bunky „vedia“, kam sa oprieť, kde sa natiahnuť, aby vybudovali požadovaný tvar.

Na vysvetlenie týchto pozorovaní A. G. Gurvich predstavil koncept „silového povrchu“, ktorý sa zhoduje s obrysom konečného povrchu rudimentu a riadi pohyb buniek. Sám Gurvič si však uvedomoval nedokonalosť tejto hypotézy. Okrem zložitosti matematického tvaru mu nevyhovovala ani „teleológia“konceptu (zdá sa, že pohyb buniek podriaďuje neexistujúcej budúcej forme). V nasledujúcej práci "O koncepte embryonálnych polí" (1922) "konečná konfigurácia rudimentu nie je považovaná za príťažlivú silovú plochu, ale za ekvipotenciálnu plochu poľa vyžarujúceho z bodových zdrojov." V tej istej práci bol prvýkrát predstavený pojem „morfogenetické pole“.

Otázku položil Gurvich tak široko a vyčerpávajúco, že akákoľvek teória morfogenézy, ktorá môže v budúcnosti vzniknúť, bude v podstate len iným druhom teórie poľa.

L. V. Belousov, 1970

Biogénne ultrafialové

„Základy a korene problému mitogenézy boli položené v mojom nikdy neutíchajúcom záujme o zázračný fenomén karyokinézy (takto sa mitóza nazývala ešte v polovici minulého storočia. – pozn. red.),“napísal A. G. Gurvich v roku 1941 vo svojich autobiografických poznámkach."Mitogenéza" - pracovný termín, ktorý sa zrodil v laboratóriu Gurvicha a čoskoro sa začal používať, je ekvivalentný pojmu "mitogenetické žiarenie" - veľmi slabé ultrafialové žiarenie živočíšnych a rastlinných tkanív, stimulujúce proces bunkového delenia (mitóza).

A. G. Gurvich dospel k záveru, že mitózy v živom objekte je potrebné považovať nie za izolované deje, ale súhrnne, za niečo koordinované – či už ide o striktne organizované mitózy prvých fáz štiepenia vajíčok alebo o zdanlivo náhodné mitózy v tkanivách dospelého zvieraťa alebo rastliny. Gurvich veril, že iba rozpoznanie integrity organizmu umožní spojiť procesy na molekulárnej a bunkovej úrovni s topografickými znakmi distribúcie mitóz.

Od začiatku 20. rokov 20. storočia A. G. Gurvich zvažoval rôzne možnosti vonkajších vplyvov stimulujúcich mitózu. V jeho zornom poli bol koncept rastlinných hormónov, ktorý v tom čase vyvinul nemecký botanik G. Haberlandt. (Položil kašu rozdrvených buniek na rastlinné tkanivo a pozoroval, ako sa tkanivové bunky začínajú aktívnejšie deliť.) Nebolo však jasné, prečo chemický signál neovplyvňuje všetky bunky rovnako, prečo sa povedzme malé bunky delia viac často ako veľké. Gurvich navrhol, že celý bod je v štruktúre bunkového povrchu: možno v mladých bunkách sú povrchové prvky organizované špeciálnym spôsobom, ktorý je priaznivý pre vnímanie signálov, a ako bunka rastie, je táto organizácia narušená. (Samozrejme, v tom čase neexistovala koncepcia hormonálnych receptorov.)

Ak je však tento predpoklad správny a priestorové rozloženie niektorých prvkov je dôležité pre vnímanie signálu, predpokladá sa, že signál nemusí byť chemickej, ale fyzikálnej povahy: napríklad žiarenie ovplyvňujúce niektoré štruktúry bunky. povrch je rezonančný. Tieto úvahy sa nakoniec potvrdili v experimente, ktorý sa neskôr stal všeobecne známym.

Ryža. 2 Indukcia mitózy na špičke koreňa cibule (kresba z práce „Das Problem der Zellteilung physiologisch betrachtet“, Berlín, 1926). Vysvetlivky v texte

Tu je popis tohto experimentu, ktorý sa uskutočnil v roku 1923 na Krymskej univerzite. „Emisný koreň (induktor) spojený s bulbom bol zosilnený horizontálne a jeho hrot smeroval do meristémovej zóny (to znamená do zóny bunkovej proliferácie, v tomto prípade tiež umiestnenej v blízkosti koreňovej špičky. - Ed. Poznámka) druhého podobného koreňa (detektora) pripevneného vertikálne. Vzdialenosť medzi koreňmi bola 2–3 mm“(obr. 2). Na konci expozície bol vnímajúci koreň presne označený, fixovaný a narezaný na sériu pozdĺžnych rezov prebiehajúcich rovnobežne s mediálnou rovinou. Rezy sa skúmali pod mikroskopom a na ožiarenej a kontrolnej strane sa spočítal počet mitóz.

V tom čase už bolo známe, že rozdiel medzi počtom mitóz (zvyčajne 1000-2000) v oboch poloviciach koreňového hrotu bežne nepresahuje 3-5%. A tak „výrazná, systematická, ostro obmedzená prevaha v počte mitóz“v centrálnej zóne vnímajúceho koreňa – a to výskumníci na rezoch videli – nepochybne svedčila o vplyve vonkajšieho faktora. Niečo vychádzajúce z hrotu koreňa induktora prinútilo bunky koreňa detektora, aby sa aktívnejšie delili (obr. 3).

Ďalší výskum jasne ukázal, že išlo o žiarenie a nie o prchavé chemikálie. Náraz sa šíril v podobe úzkeho rovnobežného lúča - akonáhle sa vyvolávajúci koreň mierne vychýli do strany, efekt zmizol. Zmizlo to aj pri umiestnení sklenenej dosky medzi korene. Ale ak bola platňa vyrobená z kremeňa, efekt pretrvával! To naznačuje, že žiarenie bolo ultrafialové. Neskôr boli jeho spektrálne hranice nastavené presnejšie - 190-330 nm a priemerná intenzita bola odhadnutá na úrovni 300-1000 fotónov/s na štvorcový centimeter. Inými slovami, mitogenetické žiarenie objavené Gurvichom bolo stredné a takmer ultrafialové s extrémne nízkou intenzitou. (Podľa moderných údajov je intenzita ešte nižšia – pohybuje sa rádovo v desiatkach fotónov/s na štvorcový centimeter.)

Ryža. 3 Grafické znázornenie účinkov štyroch experimentov. Pozitívny smer (nad osou x) znamená prevahu mitózy na ožiarenej strane

Prirodzená otázka: čo ultrafialové slnečné spektrum, ovplyvňuje delenie buniek? V experimentoch bol takýto účinok vylúčený: v knihe A. G. Gurvich a L. D. Gurvich "Mitogenetické žiarenie" (M., Medgiz, 1945), v časti metodických odporúčaní je jasne uvedené, že okná počas experimentov by mali byť zatvorené, v laboratóriách by nemali byť otvorené plamene a zdroje elektrických iskier. Okrem toho boli experimenty nevyhnutne sprevádzané kontrolami. Treba však poznamenať, že intenzita slnečného UV žiarenia je výrazne vyššia, a preto by jeho účinok na živé objekty v prírode mal byť s najväčšou pravdepodobnosťou úplne odlišný.

Práca na tejto téme sa ešte zintenzívnila po prechode A. G. Gurvič v roku 1925 na Moskovskej univerzite - bol jednohlasne zvolený za vedúceho Katedry histológie a embryológie Lekárskej fakulty. Mitogenetické žiarenie bolo nájdené v kvasinkových a bakteriálnych bunkách, štiepiacich vajíčkach ježoviek a obojživelníkov, tkanivových kultúrach, bunkách zhubných nádorov, nervovom (vrátane izolovaných axónov) a svalovom systéme, krvi zdravých organizmov. Ako je zrejmé z výpisu, emitovali aj neštiepne tkanivá - pamätajme na túto skutočnosť.

Poruchy vývoja lariev morských ježkov chovaných v uzavretých kremenných nádobách pod vplyvom dlhotrvajúceho mitogenetického žiarenia bakteriálnych kultúr v 30. rokoch 20. storočia študovali J. a M. Magrou v Pasteurovom inštitúte. (Podobné štúdie s embryami rýb a obojživelníkov dnes vykonáva A. B. Burlakov na biofaciách Moskovskej štátnej univerzity.)

Ďalšia dôležitá otázka, ktorú si výskumníci položili v tých istých rokoch: ako ďaleko sa šíri pôsobenie žiarenia v živom tkanive? Čitateľ si spomenie, že pri pokuse s cibuľovými koreňmi bol pozorovaný lokálny efekt. Existuje okrem neho aj akcia na veľké vzdialenosti? Aby sa to potvrdilo, uskutočnili sa modelové experimenty: pri lokálnom ožarovaní dlhých skúmaviek naplnených roztokmi glukózy, peptónu, nukleových kyselín a iných biomolekúl sa žiarenie šírilo skúmavkou. Rýchlosť šírenia takzvaného sekundárneho žiarenia bola asi 30 m/s, čo potvrdilo predpoklad o radiačno-chemickej povahe procesu. (Moderne povedané, biomolekuly, absorbujúce UV fotóny, fluoreskovali, vyžarovali fotón s väčšou vlnovou dĺžkou. Fotóny zase viedli k následným chemickým premenám.) V niektorých experimentoch sa totiž pozorovalo šírenie žiarenia po celej dĺžke biologický objekt (napríklad v dlhých koreňoch toho istého luku).

Gurvich a jeho spolupracovníci tiež ukázali, že vysoko zoslabené ultrafialové žiarenie fyzického zdroja tiež podporuje delenie buniek v koreňoch cibule, rovnako ako biologický induktor.

Naša formulácia základnej vlastnosti biologického poľa vo svojom obsahu nepredstavuje žiadne analógie s poľami známymi vo fyzike (aj keď im, samozrejme, neodporuje).

A. G. Gurvich. Princípy analytickej biológie a teórie bunkového poľa

Fotóny vedú

Odkiaľ pochádza UV žiarenie v živej bunke? A. G. Gurvich a kolegovia vo svojich experimentoch zaznamenali spektrá enzymatických a jednoduchých anorganických redoxných reakcií. Otázka zdrojov mitogenetického žiarenia zostala nejaký čas otvorená. No v roku 1933 po zverejnení hypotézy fotochemika V. Frankenburgera sa situácia so vznikom vnútrobunkových fotónov vyjasnila. Frankenburger veril, že zdrojom objavenia sa vysokoenergetických ultrafialových kvánt boli zriedkavé akty rekombinácie voľných radikálov, ktoré sa vyskytujú počas chemických a biochemických procesov a vzhľadom na ich vzácnosť neovplyvnili celkovú energetickú bilanciu reakcií.

Energia uvoľnená počas rekombinácie radikálov je absorbovaná molekulami substrátu a je emitovaná so spektrom charakteristickým pre tieto molekuly. Túto schému vylepšil N. N. Semjonov (budúci laureát Nobelovej ceny) a v tejto podobe bol zahrnutý do všetkých nasledujúcich článkov a monografií o mitogenéze. Moderné štúdium chemiluminiscencie živých systémov potvrdilo správnosť týchto dnes všeobecne akceptovaných názorov. Tu je len jeden príklad: fluorescenčné proteínové štúdie.

Samozrejme, v proteíne sú absorbované rôzne chemické väzby, vrátane peptidových väzieb - v strednom ultrafialovom (najintenzívnejšie - 190-220 nm). Ale pre fluorescenčné štúdie sú dôležité aromatické aminokyseliny, najmä tryptofán. Má absorpčné maximum pri 280 nm, fenylalanín pri 254 nm a tyrozín pri 274 nm. Tieto aminokyseliny absorbujú ultrafialové kvantá a následne ich emitujú vo forme sekundárneho žiarenia – prirodzene, s dlhšou vlnovou dĺžkou, so spektrom charakteristickým pre daný stav proteínu. Navyše, ak je v proteíne prítomný aspoň jeden tryptofánový zvyšok, potom bude fluoreskovať iba on - energia absorbovaná zvyškami tyrozínu a fenylalanínu sa prerozdelí do neho. Fluorescenčné spektrum tryptofánového zvyšku silne závisí od prostredia – či je zvyšok povedzme blízko povrchu globule alebo vo vnútri atď., a toto spektrum sa mení v pásme 310-340 nm.

A. G. Gurvich a jeho spolupracovníci v modelových experimentoch syntézy peptidov ukázali, že reťazové procesy zahŕňajúce fotóny môžu viesť k štiepeniu (fotodisociácia) alebo syntéze (fotosyntéza). Fotodisociačné reakcie sú sprevádzané žiarením, zatiaľ čo procesy fotosyntézy nevyžarujú.

Teraz sa ukázalo, prečo všetky bunky emitujú, ale počas mitózy - obzvlášť silne. Proces mitózy je energeticky náročný. Navyše, ak v rastúcej bunke akumulácia a výdaj energie prebieha paralelne s asimilačnými procesmi, potom sa počas mitózy energia uložená bunkou v interfáze iba spotrebováva. Dochádza k rozpadu zložitých vnútrobunkových štruktúr (napríklad obalu jadra) a energeticky náročnému reverzibilnému vytváraniu nových – napríklad chromatínových supercoilov.

A. G. Gurvich a jeho kolegovia tiež vykonali prácu na registrácii mitogenetického žiarenia pomocou fotónových čítačov. Okrem laboratória Gurvich v Leningrade IEM sú tieto štúdie aj v Leningrade, vo Phystech pod vedením A. F. Ioffe na čele s G. M. Frank spolu s fyzikmi Yu. B. Khariton a S. F. Rodionov.

Na Západe sa registráciou mitogenetického žiarenia pomocou fotonásobičov zaoberali takí významní odborníci ako B. Raevsky a R. Oduber. Treba pripomenúť aj G. Bartha, žiaka slávneho fyzika W. Gerlacha (zakladateľa kvantitatívnej spektrálnej analýzy). Barth pracoval dva roky v laboratóriu A. G. Gurvich a pokračoval vo výskume v Nemecku. Získal spoľahlivé pozitívne výsledky pri práci s biologickými a chemickými zdrojmi a navyše významne prispel k metodike detekcie ultraslabého žiarenia. Barth vykonal predbežnú kalibráciu citlivosti a výber fotonásobičov. Dnes je tento postup povinný a rutinný pre každého, kto meria slabé svetelné toky. Práve zanedbanie tejto a niektorých ďalších nevyhnutných požiadaviek však neumožnilo množstvu predvojnových bádateľov získať presvedčivé výsledky.

Dnes sa v Medzinárodnom ústave biofyziky (Nemecko) pod vedením F. Poppa získali pôsobivé údaje o registrácii superslabého žiarenia z biologických zdrojov. Niektorí jeho odporcovia sú však voči týmto dielam skeptickí. Majú tendenciu veriť, že biofotóny sú metabolické vedľajšie produkty, druh svetelného šumu, ktorý nemá biologický význam. „Emisia svetla je úplne prirodzený a samozrejmý jav, ktorý sprevádza mnohé chemické reakcie,“zdôrazňuje fyzik Rainer Ulbrich z univerzity v Göttingene. Biológ Gunther Rothe hodnotí situáciu takto: „Biofotóny nepochybne existujú – dnes to jednoznačne potvrdzujú vysoko citlivé zariadenia, ktorými disponuje moderná fyzika. Čo sa týka Poppovej interpretácie (hovoríme o tom, že chromozómy údajne vyžarujú koherentné fotóny. - pozn. redakcie), je to krásna hypotéza, no navrhované experimentálne potvrdenie je stále úplne nedostatočné na to, aby sme rozpoznali jej platnosť. Na druhej strane musíme brať do úvahy, že v tomto prípade je veľmi ťažké získať dôkazy, pretože po prvé intenzita tohto fotónového žiarenia je veľmi nízka a po druhé klasické metódy detekcie laserového svetla používané vo fyzike sú napr. je ťažké sa tu uplatniť."

Medzi biologickými prácami publikovanými z vašej krajiny nič nepriťahuje pozornosť vedeckého sveta viac ako vaša práca.

Z listu Albrechta Betheho z 1.8.1930 A. G. Gurvich

Riadená nerovnováha

Regulačné javy v protoplazme A. G. Gurvich začal špekulovať po svojich raných experimentoch s odstreďovaním oplodnených vajíčok obojživelníkov a ostnokožcov. Takmer o 30 rokov neskôr, keď sme pochopili výsledky mitogenetických experimentov, dostala táto téma nový impulz. Gurvich je presvedčený, že štrukturálna analýza materiálneho substrátu (súboru biomolekúl), ktorý bez ohľadu na svoj funkčný stav reaguje na vonkajšie vplyvy, nemá zmysel. A. G. Gurvich formuluje fyziologickú teóriu protoplazmy. Jeho podstatou je, že živé systémy majú špecifický molekulárny aparát na ukladanie energie, ktorý je zásadne nerovnovážny. V zovšeobecnenej podobe ide o zafixovanie myšlienky, že prílev energie je pre telo nevyhnutný nielen pre rast či prácu, ale predovšetkým pre udržanie stavu, ktorý nazývame živý.

Vedci upozornili na skutočnosť, že výbuch mitogenetického žiarenia bol nevyhnutne pozorovaný pri obmedzení toku energie, čo udržalo určitú úroveň metabolizmu živého systému. (Pod „obmedzením toku energie“treba rozumieť zníženie aktivity enzymatických systémov, potlačenie rôznych procesov transmembránového transportu, zníženie úrovne syntézy a spotreby vysokoenergetických zlúčenín – teda akýchkoľvek procesov, ktoré poskytnúť bunke energiu - napríklad reverzibilným ochladením objektu alebo miernou anestézou.) Gurvich sformuloval koncept extrémne labilných molekulárnych útvarov so zvýšeným energetickým potenciálom, nerovnovážneho charakteru a spojených spoločnou funkciou. Nazval ich nerovnovážne molekulové konštelácie (NMC).

A. G. Gurvich veril, že to bol rozpad NMC, narušenie organizácie protoplazmy, čo spôsobilo výbuch žiarenia. Tu má veľa spoločného s myšlienkami A. Szent-Györgyiho o migrácii energie pozdĺž všeobecných energetických hladín proteínových komplexov. Podobné myšlienky na zdôvodnenie povahy „biofotonického“žiarenia dnes vyjadruje F. Popp – migrujúce oblasti excitácie nazýva „polaritóny“. Z hľadiska fyziky tu nie je nič neobvyklé. (Ktorá zo súčasne známych vnútrobunkových štruktúr by mohla byť vhodná pre úlohu NMC v Gurvichovej teórii – toto intelektuálne cvičenie necháme na čitateľa.)

Experimentálne sa tiež ukázalo, že k žiareniu dochádza aj vtedy, keď je substrát mechanicky ovplyvnený centrifugáciou alebo aplikáciou slabého napätia. To umožnilo povedať, že NMC má aj priestorové usporiadanie, ktoré bolo narušené tak mechanickým vplyvom, ako aj obmedzením toku energie.

Na prvý pohľad je badateľné, že NMC, ktorých existencia závisí od prílevu energie, sú veľmi podobné disipačným štruktúram vznikajúcim v termodynamicky nerovnovážnych systémoch, ktoré objavil nositeľ Nobelovej ceny I. R. Prigogine. Kto však študoval takéto štruktúry (napríklad reakcia Belousov - Žabotinský), veľmi dobre vie, že nie sú absolútne presne reprodukované zo skúsenosti do skúsenosti, hoci ich všeobecný charakter je zachovaný. Okrem toho sú mimoriadne citlivé na najmenšiu zmenu parametrov chemickej reakcie a vonkajších podmienok. To všetko znamená, že keďže živé objekty sú tiež nerovnovážne útvary, nemôžu si zachovať jedinečnú dynamickú stabilitu svojej organizácie len vďaka toku energie. Vyžaduje sa tiež jediný objednávací faktor systému. Tento faktor A. G. Gurvich to nazval biologickým poľom.

V krátkom zhrnutí vyzerá finálna verzia teórie biologického (bunkového) poľa takto. Pole má vektorový, nie silový charakter. (Pamätajte si: silové pole je priestorová oblasť, v ktorej každom bode pôsobí určitá sila na testovaný objekt v nej umiestnený; napr. elektromagnetické pole. Vektorové pole je oblasť priestoru, v ktorej každom bode určitý vektor je daný napr. rýchlostné vektory častíc v pohybujúcej sa tekutine.) Molekuly, ktoré sú v excitovanom stave a teda majú prebytok energie, spadajú pod pôsobenie vektorového poľa. Nadobudnú novú orientáciu, deformujú sa alebo sa pohybujú v poli nie vďaka jeho energii (teda nie tak, ako sa to deje s nabitou časticou v elektromagnetickom poli), ale míňaním vlastnej potenciálnej energie. Značná časť tejto energie sa premení na kinetickú energiu; keď sa nadbytočná energia vynaloží a molekula sa vráti do nevybudeného stavu, pôsobenie poľa na ňu prestane. V dôsledku toho sa v bunkovom poli vytvára časopriestorové usporiadanie - vytvárajú sa NMC, vyznačujúce sa zvýšeným energetickým potenciálom.

V zjednodušenej forme to môže objasniť nasledujúce porovnanie. Ak sú molekuly pohybujúce sa v bunke autá a ich prebytočná energia je benzín, potom biologické pole tvorí reliéf terénu, po ktorom autá jazdia. Poslúchnutím „reliéfu“tvoria molekuly s podobnými energetickými charakteristikami NMC. Ako už bolo spomenuté, sú spojené nielen energeticky, ale aj spoločnou funkciou a existujú po prvé v dôsledku prítoku energie (autá sa bez benzínu nezaobídu) a po druhé v dôsledku usporiadania biologického poľa. (terénne auto neprejde). Jednotlivé molekuly neustále vstupujú a opúšťajú NMC, ale celý NMC zostáva stabilný, kým sa nezmení hodnota energetického toku, ktorý ho dodáva. S poklesom jeho hodnoty sa NMC rozkladá a uvoľňuje sa v ňom uložená energia.

Teraz si predstavte, že v určitej oblasti živého tkaniva sa prítok energie znížil: rozpad NMC sa stal intenzívnejší, preto sa zvýšila intenzita žiarenia, práve toho, čo riadi mitózu. Samozrejme, mitogenetické žiarenie úzko súvisí s poľom – hoci nie je jeho súčasťou! Ako si pamätáme, počas rozpadu (disimilácie) sa uvoľňuje prebytočná energia, ktorá nie je mobilizovaná v NMC a nie je zapojená do procesov syntézy; práve preto, že vo väčšine buniek prebiehajú procesy asimilácie a disimilácie súčasne, hoci v rôznych pomeroch, bunky majú charakteristický mitogenetický režim. Rovnako je to aj s energetickými tokmi: pole priamo neovplyvňuje ich intenzitu, ale vytváraním priestorového „reliéfu“môže efektívne regulovať ich smer a rozloženie.

A. G. Gurvich pracoval na konečnej verzii teórie poľa počas ťažkých vojnových rokov. "Teória biologického poľa" bola publikovaná v roku 1944 (Moskva: Sovietska veda) a v nasledujúcom vydaní vo francúzštine - v roku 1947. Teória bunkových biologických polí vyvolala kritiku a nepochopenie aj medzi zástancami predchádzajúcej koncepcie. Ich hlavnou výčitkou bolo, že Gurvich údajne opustil myšlienku celku a vrátil sa k princípu interakcie jednotlivých prvkov (čiže polí jednotlivých buniek), ktorý sám odmietol. V článku „Koncepcia“celku „vo svetle teórie bunkového poľa“(zborník „Práce o mitogenéze a teórii biologických polí“. Gurvich ukazuje, že to tak nie je. Keďže polia generované jednotlivými bunkami presahujú ich hranice a vektory polí sa sčítavajú v ľubovoľnom bode priestoru podľa pravidiel geometrického sčítania, nový koncept odôvodňuje koncepciu „skutočného“poľa. Je to v skutočnosti dynamické integrálne pole všetkých buniek orgánu (alebo organizmu), ktoré sa v čase mení a má vlastnosti celku.

Od roku 1948 vedecká činnosť A. G. Gurvich je nútený sústrediť sa najmä na teoretickú sféru. Po augustovom zasadnutí Všezväzovej poľnohospodárskej akadémie nevidel možnosť pokračovať v práci v Ústave experimentálnej medicíny Ruskej akadémie lekárskych vied (ktorého riaditeľom bol od založenia ústavu v roku 1945) a začiatkom septembra požiadal Prezídium akadémie o odchod do dôchodku. V posledných rokoch svojho života napísal mnoho prác o rôznych aspektoch teórie biologického poľa, teoretickej biológie a metodológie biologického výskumu. Gurvich považoval tieto diela za kapitoly jednej knihy, ktorá vyšla v roku 1991 pod názvom „Princípy analytickej biológie a teórie bunkových polí“(Moskva: Nauka).

Samotná existencia živého systému je, prísne vzaté, najhlbším problémom, v porovnaní s ktorým jeho fungovanie zostáva alebo by malo zostať v tieni.

A. G. Gurvich. Histologické základy biológie. Jena, 1930 (v nemčine)

Empatia bez pochopenia

Diela A. G. Gurvich o mitogenéze pred 2. svetovou vojnou boli veľmi populárne u nás aj v zahraničí. V laboratóriu Gurvich sa aktívne študovali procesy karcinogenézy, najmä sa ukázalo, že krv pacientov s rakovinou, na rozdiel od krvi zdravých ľudí, nie je zdrojom mitogenetického žiarenia. V roku 1940 A. G. Gurvichovi bola udelená štátna cena za prácu na mitogenetickej štúdii problému rakoviny. Gurvichove „terénne“koncepty sa nikdy netěšili veľkej popularite, hoci vždy vzbudzovali veľký záujem. Ale tento záujem o jeho prácu a reportáže zostal často povrchný. A. A. Lyubishchev, ktorý sa vždy nazýval študentom A. G. Gurvich opísal tento postoj ako „sympatie bez pochopenia“.

V našej dobe súcit vystriedalo nepriateľstvo. Významný príspevok k diskreditácii myšlienok A. G. Gurvicha predstavili niektorí potenciálni nasledovníci, ktorí interpretovali myšlienky vedca „podľa vlastného chápania“. Ale to hlavné ani nie je. Gurvičove myšlienky sa ocitli na okraji cesty „ortodoxnej“biológie. Po objavení dvojitej špirály sa pred výskumníkmi objavili nové a lákavé perspektívy. Reťazec "gén - proteín - znamenie" priťahuje jeho konkrétnosť, zdanlivo jednoduchosť dosiahnutia výsledku. Prirodzene, molekulárna biológia, molekulárna genetika, biochémia sa stali hlavnými prúdmi a negenetické a neenzymatické riadiace procesy v živých systémoch boli postupne vytláčané na perifériu vedy a ich samotné štúdium sa začalo považovať za pochybné, ľahkovážne zamestnanie.

Pre moderné fyzikálno-chemické a molekulárne odvetvia biológie je chápanie integrity cudzie, čo A. G. Gurvich považoval za základnú vlastnosť živých vecí. Na druhej strane sa rozkúskovanie prakticky stotožňuje so získavaním nových poznatkov. Uprednostňuje sa výskum chemickej stránky javov. Pri štúdiu chromatínu sa dôraz presúva na primárnu štruktúru DNA a v nej radšej vidia predovšetkým gén. Hoci sa nerovnováha biologických procesov formálne uznáva, nikto jej nepripisuje dôležitú úlohu: prevažná väčšina prác je zameraná na rozlíšenie medzi „čiernou“a „bielou“, prítomnosť alebo neprítomnosť proteínu, aktivitu alebo nečinnosť génu.. (Nie nadarmo patrí termodynamika medzi študentmi biologických univerzít medzi nemilované a slabo vnímané odvetvia fyziky.) Čo sme stratili za polstoročie po Gurvichovi, aké veľké sú straty – odpoveď nám podnieti budúcnosť vedy.

Biológia pravdepodobne ešte musí asimilovať predstavy o základnej integrite a nerovnováhe živých vecí, o jedinom princípe usporiadania, ktorý túto integritu zabezpečuje. A možno sú Gurvičove myšlienky stále vpredu a ich história sa len začína.

O. G. Gavrish, kandidát biologických vied