Алексей Шилейко - Информация или интуиция?

Описание эксперимента с зародышами морского ежа Мы позаимствовали из статьи Л. Белоусова, опубликованной в журнале «Наука и жизнь» (1967, № 3). Перед тем как высказать собственное мнение по этому поводу, мы приведем еще несколько фактов.Каким образом организм узнает, что пересаживаемая ему ткань имеет чужеродное происхождение? Почему он отвергает ее, даже если она могла бы его спасти? Какие механизмы нарушаются в клетке при раке? Все эти вопросы имел в виду доктор Гаррис из Оксфордского университета, ставя свой поразительный эксперимент. Вместе со своим коллегой доктором Уоткинсом он создал гибридные сочетания клеток, принадлежащих различным видам животных и человека. Ими созданы сочетания человек-мышь, человек-кролик и даже человек-курица.Метод Гарриса основан на одном медицинском наблюдении, сделанном сто лет назад. Именно тогда стало известно, что некоторые болезни, в частности вирусные, вызывают появление в организме клеток с несколькими ядрами. Объяснение этому нашлось недавно, лет десять назад. Вирус, оказавшийся в точке соприкосновения двух клеток, растворяет в этом месте оболочки клеток, их цитоплазмы сливаются. В результате получается одна клетка со смешанной цитоплазмой и двумя ядрами.В конце 1965 года Гаррис и Уоткинс сообщили в английском журнале «Нейчур» о полном успехе своего опыта. С помощью вируса гриппа они получили гибридную клетку человека и мыши. Позже им удалось так же успешно получить гибридные сочетания, сливая клетки человека с клетками кролика и курицы. А это уже означало, что возможности клеточной гибридизации не ограничиваются только млекопитающими — они простираются на весь тип позвоночных.Гибридная клетка обладает двумя ядрами, если она получена от соединения двух клеток, или несколькими, если было соединено несколько клеток. Как же теперь будут вести себя ее ядра? Будут ли они сосуществовать, сотрудничая или воевать друг с другом?Наблюдения показали, что оба ядра продолжают жить нормально. С помощью радиоактивных изотопов удалось проследить, что ядра продолжают вырабатывать РНК (рибонуклеиновую кислоту), управляющую синтезом белков цитоплазмы. Больше того, оба ядра проходят нормальный митоз. Если митоз обоих ядер гибридной клетки наступает одновременно, то результат получается особенно интересным. Каждый из хромосомных наборов человека сливается с одним из наборов кролика. Таким образом, двухъядерная гибридная клетка дает две дочерние клетки, каждая из которых снабжена лишь одним огромным ядром — получеловеческим, полукроличьим. С этого момента исследователи располагают настоящими гибридными клетками «человек-кролик», нормально обладающими лишь одним ядром и продолжающими расти и делиться на дочерние клетки-гибриды.Многочисленные опыты с пересадками органов, и не только с пересадками, однозначно доказали, что клетки организма умеют распознавать посторонние клетки. До сих пор не было точно известно, каким образом им удается это делать, где происходит процесс распознавания.Как показали опыты Гарриса, на уровне ядра и цитоплазмы прекрасно сосуществуют даже столь различные клетки, как клетки человека и кролика. Значит, распознавание происходит не внутри клетки, а на уровне клеточных оболочек. Именно оболочка узнает «чужака» и притом узнает его именно по оболочке.Гибридные клетки могут жить и делиться. Это значит, что цитоплазма кролика воспринимает сигналы, передаваемые хромосомами человека, а цитоплазма человека принимает информацию от хромосом кролика. Суть передаваемых сообщений сводится к записанному в генетическом коде синтезу белков. То, что хромосомы человека и кролика могут управлять этим синтезом совместно, подтвердило предположение исследователей: язык генетического кода является, по-видимому, универсальным. Как известно, в клетке постоянно идет взаимодействие между ядром и цитоплазмой. Конечно, роль ядра трудно переоценить. Именно оно управляет синтезом белков цитоплазмы. Но при этом оно учитывает потребности клетки, то есть управляет в зависимости от информации, поступающей от цитоплазмы.Механизм здесь примерно такой. Информация с гена переписывается на молекулу-посредник РНК. Затем по этой РНК строится белок. Все эти процессы происходят лишь в том случае, если присутствует специальный катализатор, названный РНК-полимеразой. Только при условии наличия в цитоплазме этого фермента происходит синтез белка. Каждая цепочка РНК-посредника начинается с РНК-полимеразы, примыкающей непосредственно к гену. Более того, клетка может не делиться в течение достаточно долгого времени. Сигнал на деление поступает опять-таки от цитоплазмы.Можно сказать, что цитоплазма непрерывно посылает в ядро бюллетени о своем здоровье. А ядро в ответ на это включает то тот, то другой синтез. Оксфордские опыты показывают, что язык цитоплазмы так же универсален, как и язык генетического кода.

Какие еще возможности открывает метод гибридизации по Гаррису? В Гарвардском университете был проделан эксперимент по гибридизации клеток различных видов хомяка. Сливая раковые клетки с нормальными, обнаружили, что во всех случаях получившиеся гибриды теряли способность развиваться в раковую опухоль. Значит ли это, что нормальное состояние «доминирует» над раковым? Делать какие-либо выводы на основании одной серии исследований рано. Однако метод гибридизации, безусловно, открывает новые возможности для экспериментов по выяснению механизмов, вызывающих рак.В частности, с его помощью выяснено обстоятельство, по которому имелись разногласия. Вирусы, вызывающие рак, удавалось до сих пор выделить только у животных. У человека канцерогенные вирусы пока не найдены. Это, конечно, не значит, что их нет. Известно, что у животных вирус, заразив клетку, становится «невидимкой». Что с ним происходит? Исчезает ли он вовсе или остается латентным и невидимым?Здесь мнения ученых разделились. Метод Гарриса, по-видимому, решает этот спор. Гибридные клетки в данном эксперименте состояли из раковых клеток, в которых вирус не был обнаружен, и из нормальных клеток, очень чувствительных к этому вирусу. И в гибридных клетках вирус появился снова. Значит, он не исчезал. Он оставался замаскированным в раковых клетках. Стало быть, то, что вирус в раковых клетках не обнаруживается, совсем не означает, что этого вируса нет.

Суммируя все сказанное, мы приходим к выводу, что живой организм — это физическая система, насыщенная информацией. На уровне клетки информация может быть представлена по меньшей мере с помощью трех носителей.Во-первых, хромосомы. Это постоянный и практически неизменяемый информационный фонд организма. О роли информации, заключенной в хромосомах, мы еще поговорим далее. Пока что ясно, что информация, записанная в хромосомах, представляет собой полную программу построения данного индивидуального организма, позволяющую последовательно воспроизвести его во всех подробностях. Там же записаны программы подобного воспроизводства.Во-вторых, цитоплазма. Именно в цитоплазме сосредоточена жизнедеятельность клетки. Цитоплазма осуществляет обмен с внешней средой, содержит запасы сырья, из которого на основании генетических программ строятся белки, и готовую продукцию. Состояние клетки в основном определяется состоянием цитоплазмы. Цитоплазма содержит информацию о состоянии клетки и передает ее ядру и оболочке.В-третьих, оболочка. Эта информация используется в основном во взаимных обменах между клетками. В частности, именно оболочка нервных клеток ответственна за передачу сигналов по нервным цепям. Об этом также еще будет сказано.Физическая система, насыщенная информацией, должна характеризоваться весьма высоким качеством энергии. Так оно и есть на самом деле. Достаточно указать, что мышцы человека и животных представляют собой на сегодня самый совершенный двигатель, обладающий наиболее высоким коэффициентом полезного действия и самой малой удельной массой, приходящейся на единицу производимой механической работы. Современные конструкторы всевозможных двигателей внутреннего сгорания, электрических и т. п. могут лишь мечтать о тех показателях, которые природа уже давно достигла в своих творениях. В организме человека энергия перерабатывается также в самую совершенную продукцию во вселенной — мысль.Все это достигается благодаря чрезвычайной сложности структур клеток живого организма. К слову сказать, клетки мышц представляют собой длинные волокна с одной оболочкой, одной цитоплазмой и большим количеством ядер, расположенных вдоль волокна. На примере внутриклеточных процессов очень удобно проследить роль информации в биологических системах.Химия знает три вида реакций: экзотермические, эндотермические и идущие в присутствии катализатора. Экзотермические реакции идут с выделением энергии. Обычно вещества очень охотно вступают в экзотермические реакции, и они происходят либо сами по себе, либо в результате слабого начального толчка, как, например, взрыв смеси кислорода с водородом. Реакция идет с выделением тепла, и поэтому образовавшееся в результате реакции вещество характеризуется несколько более низким качеством внутренней энергии по сравнению с исходными реагентами.Эндотермические реакции совершаются с поглощением тепла. Они могут проходить только в специальных условиях при наличии запаса энергии и путей передачи этой энергии к реагентам. Получающееся в результате таких реакций вещество характеризуется несколько более высоким качеством внутренней энергии и просто большим запасом энергии по сравнению с исходными реагентами.Реакции, идущие в присутствии катализатора, могут быть как экзотермическими, так и эндотермическими. Присутствие катализатора создает в пространстве, окружающем реагирующие компоненты, условия для прохождения реакции. Здесь важно заметить следующее. Как в реакциях, проходящих без катализатора, так и в реакциях, проходящих с катализатором, информация, на основании которой строится вещество — продукт реакции, — записана в самих молекулах или атомах реагентов. Например, конструкция молекулы воды, состоящей из одного атома кислорода и двух атомов водорода, определяется внешними так называемыми валентными электронами атомов кислорода и водорода. Этой информации довольно много, потому что, кроме количества атомов в молекуле, определяется также угол между прямыми, проходящими через ядра атомов водорода и ядро атома кислорода. Этот угол всегда составляет точно 104 угловых градуса и 31 минуту.Исследование процессов, происходящих в клетке, показывает, что существует также четвертый тип реакций. Это реакции, требующие для своего осуществления присутствия информации, хранящейся на специальном носителе. Типичным является процесс синтеза белка в клетке. Он сводится к следующему.Информация, записанная в молекуле ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты), как уже отмечалось, в присутствии катализатора — РНК-полимеразы — Переписывается на другой носитель — молекулу РНК. Эта молекула РНК и участвует в процессе синтеза белковой молекулы из исходных продуктов, хранящихся в цитоплазме. При этом информация, записанная в молекуле РНК, в буквальном смысле этого слова указывает, какая очередная молекула какой аминокислоты (относительно простых органических химических соединений, из которых состоит РНК) должна подсоединяться в каждый данный момент времени к уже построенной заготовке.Все это заставляет нас задать вопрос: является ли информация в биологических системах той же самой информацией, с которой мы уже познакомились на примерах термодинамических и атомных систем, или же это какая-то особая биологическая информация, подчиняющаяся своим закономерностям? Этот вопрос в последние годы интересует как биологов, так и физиков