Марина Чернышева - Временнáя структура биосистем и биологическое время

Если рассматривать последовательно генерируемые комплексы реакций ранней и поздней фаз ответа на прекондиционирование как вехи направленного времени на уровне клетки, то ранняя, отражающая настоящее время, связанное с новизной, готовит программу защитных реакций для будущей, поздней фазы. Очевидно, что по мере прохождения последней, информация о молекулярных процессах ранней фазы «переходит» в прошлое время с сохранением взаимодействий за счет обратных связей. С точки же зрения теории стресса, результаты работ этой группы авторов можно также трактовать как регулируемое исследователем переключение от острого стресса к привычному, при котором используются выученные (в прошлом) программы ответных реакций.

Основная функция монофазных временных процессов – маркирование стрелы времени на периоды. Для них характерен однократный генез в точках бифуркации направленного времени, где под действием «фактора неравновесности» могут скачкообразно изменяться временные параметры «стрелы времени» и временная структура организма. В направленном времени филогенеза примерами монофазных временных процессов можно считать появление ароморфозов. На уровне отдельной соматической клетки монофазные временные процессы, накладывающиеся на стрелу времени ее жизнедеятельности, могут быть выражены митозом, дифференцировкой и апоптозом. Примерами монофазных процессов на тканевом уровне может служить комплекс реакций воспаления, запускаемых травмой, на полисистемном – комплексы реакций нервной, гормональной, иммунной и кардиореспираторной систем, а также метаболизма, реализуемых при родах. На уровне временной структуры организма к монофазным временным процессам можно отнести такие события онтогенеза как рождение, половое созревание, климакс, смерть и т. п… Очевидно, что монофазные временные процессы являются одним из факторов, определяющих дискретность эндогенного времени и перестройки временной структуры организма.

Как и монофазные временные процессы, тенденции накладываются на стрелу времени (онтогенеза), обусловливая монотонное изменение тех или иных параметров (например, мышечной массы, концентраций половых гормонов и т. п.) в рамках их диапазонов в течение периода, начало и/или окончание которого отмечено монофазным процессом. Это указывает на несомненную роль тенденций в стабилизации временной структуры организма посредством «сглаживания» резких изменений, обусловленных моно-фазными временными процессами. Принятые в геронтологии возрастные периоды онтогенеза человека характеризуются прежде всего комплексом определенных изменений тимуса и эпифиза (Квитной и др., 2011; Полякова и др., 2011; Хавинсон и др., 2012). При этом ускорение процессов старения во многом взаимосвязано с интенсивностью метаболизма. Например, показано, что у мышей-мутантов снижение уровня инсулина, свободно-радикального окисления и интенсивности метаболизма, вызванное отсутствием генов инсулиноподобного фактора роста I (IGF-I), или гормона роста, приводит к росту чувствительности рецепторов инсулина, стресс-резистентности и – увеличению продолжительности жизни как стрелы времени (Bartke, 2005; Westbrook et al., 2013). Как показывают многочисленные исследования, аналогично действуют и низкока-лорийные диеты. В целом функции асимметричных временных процессов направлены на обеспечение таких свойств эндогенного времени как направленность, необратимость и дискретность.

Для симметричных временных процессов характерна повторяемость и в этом смысле тождественность самому себе определенного цикла или ритма. При этом они накладываются на асимметричный временной процесс стрелы времени онтогенеза. Это определяет соответствующую изменчивость их параметров в разные периоды жизни и, тем самым, относительный характер тождественности/симметрии этих временных процессов.

Циклы представляют собой комплексы последовательно генерируемых временных процессов, продукты каждого предыдущего запускают последующий, а продукты и эффекты последнего дают начало первому временному процессу следующего цикла. Циклы имеют фазную фиксированную временную структуру: темпоральные параметры фаз, например, цикла GDP/GTP-связывающих белков или сердечного цикла, имеют определенные длительность, скорость, как и самого цикла в целом.

На клеточном уровне классическим примером является цикл деления клетки, в котором, как известно, стадии интерфазы в связи с интенсивными процессами синтеза белков (G1, G2), редупликации ДНК и формированием нуклеосом (S) отличает бóльшая продолжительность. Они подготавливают клетку к быстрому прохождению фазы М (митоза), заканчивающейся карио- и цитокинезом. Образовавшиеся дочерние клетки вновь начинают прохождение стадий интерфазы. Наибольшей вариабельностью длительности обладает стадия G1, тогда как стадию S и фазу М отличает стабильность темпоральных параметров. Прямое измерение продолжительности клеточного цикла с помощью цейтраферной видеосъемки показало, что у клеток линии L-929 она в целом составляет около 14 часов (Петров и др., 2012). У разных типов клеток длительность цикла может различаться, как и число делений. Считается, что у большинства соматических клеток человека число клеточных циклов в течение онтогенеза примерно равно 52 (лимит Хейфлика), что объясняется геномными (Оловников, 2003, и др.) и эпигенетическими факторами (Галицкий, 2009). Неделящаяся клетка переходит в стадию G0 или подвергается апоптозу, который могут ускорять про-апоптотические факторы (например, белок р75). Следовательно, число клеточных циклов фактически определяет продолжительность «стрелы времени» для исходной клетки.

Число циклов может определять и длительность монофазных процессов. Hапример, число циклов ретроэндоцитоза, которому подвергается инсулиноподобный фактор-1 (IGF-1) после связывания с рецептором, определяет длительность его эффектов в субмембранной зоне цитозоля.

Заметим, что число эстральных циклов у самок млекопитающих, накладывающихся на репродуктивный период «стрелы времени», также определяет его длительность, что имеет видовую специфику (McCraken et al., 1999). Как и клеточный, эстральный цикл отличают полифазность и сложная временная структура, обусловленная регулирующим влиянием многих циклически секретируемых гормонов, нейромедиаторов и цитокинов на периферии и в центральной нервной системе. Вместе с тем, в рамках каждого цикла можно отметить элементы асимметрии, выраженные через параметры временного процесса: разную длительность фаз митоза, или же изменение временных характеристик фаз 1-4-го циклов сна от вечера к утру (Ковальзон, 2012).