Announcement

**Sibiryak** · 09-15-2010, 05:12 PM

Re: интересные статейки..

Originally posted by happy_hippo View Post

вот я тоже иногда думаю -- а вдруг мы все со всей нашей вселенной просто микрофлора чьей нибудь миндалины..

Или микрофлора той микрофлоры...

**happy_hippo** · 09-15-2010, 05:16 PM

Re: интересные статейки..

Originally posted by Sibiryak View Post

Или микрофлора той микрофлоры...

ты только представь:сейчас у тебя во рту какой-нибудь кукурузный початок проходит процесс натурализации, переместившись по паролю из области защекой на кончик языка..!!

**Sibiryak** · 09-15-2010, 05:22 PM

Re: интересные статейки..

Originally posted by happy_hippo View Post

ты только представь:сейчас у тебя во рту какой-нибудь кукурузный початок проходит процесс натурализации, переместившись по паролю из области защекой на кончик языка..!!

Угу, а пара миллиардов справляет большую и малую нужду...
Вот откуда этот запах по утрам! А с похмелья они все набухаются, надышат мне в рот, а я, типа, виноват...

**stachybotrys** · 09-16-2010, 03:50 AM

Re: интересные статейки..

В науке есть такой парадокс: замечательные открытия и новые факты нередко лежат чуть в стороне от основного направления исследований, на обочине. На них обращают внимание как бы невзначай. Ярким примером может служить исследование поведения животных так называемых чистых линий. Чистые линии животных выводят путем близкородственного скрещивания: в течение многих поколений потомство получают только от братьев и сестер. В результате рождаются особи, которые так близки генетически, что похожи друг на друга, как однояйцевые близнецы. Благодаря этому они сходным образом реагируют на различные воздействия, в том числе и на медицинские препараты. Поэтому их используют для биологических и медицинских экспериментов, это гарантирует более правильную и точную интерпретацию результатов.
В основном животные чистых линий - мыши. Почему? Оказывается, крыса - второй классический объект биологических и медицинских исследований - очень изменчива генетически, да и физиологически тоже. Именно поэтому она не одну тысячу лет процветает на Земле как вид. Наследственность крысы можно сравнить с колодцем, на дне которого бьет источник: сколько ни черпают из него, всю воду вычерпать не удается. Так и генетический материал крысы: он настолько изменчив, что получить генетически сходных животных невозможно. У мышей же после 20 поколений скрещивания братьев и сестер их потомки становятся почти идентичны друг другу.
Большинство чистых линий мышей созданы онкологами для изучения механизмов возникновения рака. При этом среди лабораторных мышей отбирали таких, у которых наиболее часто возникали различные виды опухолей. Но оказалось, что одновременно у животных изменились и окраска тела, и форма костей, и особенности обмена веществ, и, что самое интересное , поведение в разных ситуациях.
Например, мыши линии С57Black/6, у которых довольно редкий черный окрас, отличаются высокой устойчивостью к стрессу. Обычные мыши - ночные животные: они комфортно чувствуют себя в темноте, а попав на освещенное пространство, нервничают и стараются как можно быстрее покинуть его. Такое поведение называется "норковым рефлексом". Черные линейные мыши, оказавшись на дне ярко освещенной кастрюли, не пугаются, а начинают спокойно обследовать пространство. Они проявляют удивительное хладнокровие и в других чрезвычайных ситуациях. (Кстати, они буквально хладнокровные - температура тела у них понижена.) Эти мышки пьют воду из поилки, к которой подключен слабый ток. Просто позавидуешь таким "железным нервам".
Но есть и у этих мышей слабое место: они плохо обучаются. Особенно, если наказывают за неправильные ответы. Может, потому, что их не очень страшит наказание? Правда, когда мыши усвоят, что от них требуется, то могут показать неплохие результаты. Но вот что совсем не красит черных мышей - они любят "выпить", причем не только побольше, но и покрепче: в отличие от сородичей не отказываются от 12,5%-ного раствора спирта. Это уж совсем странно, ведь мы привыкли считать, что пьют как раз тонкие, ранимые натуры, и этим отчасти оправдываем пьющих людей. Впрочем, прямая экстраполяция тут вряд ли возможна.
А еще черные мыши, особенно самцы, любят подраться между собой. Хотя, наверно, не такие уж они задиры, просто каждый получает по заслугам. Мыши других линий и рады бы подраться, да природная трусость не дает. Трусость - качество, конечно, малопочтенное, но ведь за ней стоят тревожность, ранимость и, если хотите, утонченность.
Все эти свойства в полной мере присущи чистой линии мышей белого цвета - BALB/С. Они не выносят никакого стресса, при ярком свете в ужасе замирают - это называется реакцией "фризинг" (от английского слова, означающего "замерзание"). Получив слабый щелчок током от поилки, больше к ней не подойдут, даже если будут умирать от жажды. Такие вот мимозоподобные существа. Но эти мыши хорошо обучаются. Не случайно у них мозг больше и тяжелее, чем у других мышей. Правда, в нем слабо развито мозолистое тело - "телеграф" мозга, по которому информация передается из одного полушария в другое.
Белые мыши никогда не вступают в драки. И избегают любых доз алкоголя. А уж, казалось бы, вот кому необходимо "расслабиться и забыться"!
Исследователи из Новосибирского института цитологии и генетики Российской академии наук для изучения поведения мышей разработали метод "мышиных иерархий". Было известно, что в мышиной семье и в природе, и в лабораторной клетке жестко распределены роли всех ее членов - есть доминирующий самец, есть его "заместители", их подчиненные, и так до самых низов, где обретаются забитые и бесправные. Наверное, такое распределение не случайно, и, чтобы стать доминантой, нужно обладать какими-то качествами, которые, как полагали, определяются генетически. Это предположение подтвердилось, когда стали подсаживать мышонка одной уже хорошо изученной линии в семью мышей другой линии. Пока мышонок не подрос, он практически незаметен среди других мышат, но с возрастом проявляет свои качества доминанты, если они у него есть. Так вот, мышата черной линии, подсаженные к белым линейным мышам, всегда становились у них доминантами! У умных, ранимых, "интеллигентных" белых мышей всегда правит бал "непробиваемый", агрессивный, трудно обучаемый представитель черных мышей, к тому же еще и пьяница. Это наводит на грустные размышления.
Но предостережем читателя от скоропалительных выводов, поскольку прямой перенос закономерностей животного мира на мир людей едва ли возможен. Например, автор совершенно уверен, что смоделировать на животных такую человеческую болезнь, как алкоголизм, во всей полноте невозможно. Многие факторы, которые приводят к развитию болезни у человека, для животных просто не существуют.
А вот при изучении некоторых нервных заболеваний линейные животные оказывают неоценимую помощь. Наиболее яркий пример - эпилепсия. Ею страдают не только люди, но и животные. Для исследований используют линию мышей DBA/2, у которых при резком сильном звуке может возникнуть судорожный припадок. Остро реагируют они и на другие воздействия, вызывающие судороги, в том числе и на лекарственные средства. Поэтому на них тестируют препараты против эпилепсии.
Уже известные нам черные мыши чрезвычайно устойчивы к судорожным факторам. Автор этой статьи обнаружил, что электрическая активность их мозга такова, как если бы мыши постоянно принимали большие дозы противосудорожных препаратов. Известно, что такого рода лекарства обладают и успокаивающим действием, поэтому некоторые из них используются как транквилизаторы или снотворные. В таком случае становится понятным спокойное и малоэмоциональное поведение черных мышей.
Мыши белой линии реагировали на судорожные препараты очень бурно. Однако особенности их мозга препятствуют эпилептическим припадкам: находясь в постоянной готовности к судорогам, мыши все же относительно редко страдают от эпилепсии. Причина - в недоразвитии мозолистого тела - "мостика" между двумя полушариями мозга. Интересно, что еще перед Второй мировой войной знаменитый голландский хирург В. Ван Вагенен предложил метод лечения больных эпилепсией с помощью операции на мозге, во время которой расщеплял мозолистое тело. Этот метод потом применяли довольно долгое время. Именно на пациентах, перенесших такую операцию, нобелевский лауреат Р. Сперри доказал, что левое и правое полушария головного мозга играют совершенно разную роль в психической деятельности человека.
Еще один любопытный факт. В 30-е годы в Германии многие летчики были уволены из армии, поскольку у них обнаружили склонность к судорожным припадкам. Причем оказалось, что, чем выше класс летчика, тем больше выражена эта особенность. Возможно, скорость реакции, быстрое реагирование мозга определяют риск развития судорог.
Так исследования на лабораторных животных иногда позволяют заполнить "белые пятна" на карте науки.
И У МЫШЕЙ ЕСТЬ ХАРАКТЕР | №3, 1999 год | Журнал "Наука и жизнь"

**argentum** · 09-16-2010, 04:34 AM

Re: интересные статейки..

Originally posted by happy_hippo View Post

вот я тоже иногда думаю -- а вдруг мы все со всей нашей вселенной просто микрофлора чьей нибудь миндалины..

Мы скорее тогда в зубе, ведь фтор, атом которого имеет одно ядро (для нас солнце) и 9 электронов (для нас планеты) обычно содержится в костях и зубах.

**happy_hippo** · 09-16-2010, 11:26 AM

Re: интересные статейки..

Originally posted by argentum View Post

Мы скорее тогда в зубе, ведь фтор, атом которого имеет одно ядро (для нас солнце) и 9 электронов (для нас планеты) обычно содержится в костях и зубах.

это уже гипотеза!!
давайте-ка под это дело грант намутим!!

**stachybotrys** · 09-22-2010, 08:55 AM

Re: интересные статейки..

Авторы статьи - специалисты Института биофизики клетки Российской академии наук - предлагают собственное объяснение причин чередования эпох потеплений и оледенений в Северном полушарии.
Именуя свою гипотезу теорией релаксации, они утверждают, что климат в этом регионе в большой мере определяется картиной океанических течений в Северной Атлантике, которые в свою очередь зависят от степени опреснения вод Северного Ледовитого океана. Эта теория хорошо согласуется с данными, полученными в результате исследований годичных слоев за последние 17 тысяч лет в ледниковом покрове Гренландии. Она, как известно, омывается водами двух океанических течений - холодного Лабрадорского, берущего начало в районе Северного полюса, и идущего от полуострова Флорида теплого Гольфстрима.
Сегодня холодные плотные воды Лабрадорского течения как бы подныривают под Гольфстрим, не препятствуя его распространению вдоль берегов Европы. Но плотность воды определяется не только температурой, но и соленостью, а Лабрадорское течение возникает в Северном Ледовитом океане, достаточно опресненном и продолжающем опресняться за счет северных, особенно сибирских рек.
Когда степень этого опреснения достигает определенного уровня, плотность вод Лабрадорского течения уменьшается, оно поднимается на поверхность и преграждает дорогу Гольфстриму. Начинается похолодание, а затем и оледенение. Сток северных рек все более и более затрудняется. На территории Евразии возникают громадные затопления, накапливается вода в ледниках и во внутренних морях. Одновременно, однако, растет и соленость Северного Ледовитого океана, а следовательно, и Лабрадорского течения. Постепенно оно все больше уходит в глубину и в какой-то период времени оказывается ниже Гольфстрима. Тогда и климат в Северном полушарии начинает теплеть.
Подобная теория может объяснить многие явления в истории нашей планеты и приводит к несколько парадоксальному выводу относительно ее будущего. Не исключено, что наблюдаемое сегодня и связанное с ростом концентрации углекислого газа в атмосфере общее потепление ускорит наступление ледникового периода в Северном полушарии. Слишком скоро это, впрочем, не произойдет, поскольку общее потепление климата на планете повышает и температуру вод Гольфстрима, снижая тем самым их плотность.
А. КАРНАУХОВ, В. КАРНАУХОВ. Релаксационная теория оледенений в Северном полушарии. Потепление климата ускорит начало нового ледникового периода. "Биофизика" том 44, № 4, 1999, стр. 750-761.
КОГДА НАСТУПИТ НОВОЕ ОЛЕДЕНЕНИЕ? | №7, 2000 год | Журнал "Наука и жизнь"

**stachybotrys** · 09-29-2010, 03:29 AM

Re: интересные статейки..

В начале девяностых годов XVII века немецкий город Ульм и его окрестности были поражены необычной эпидемией. У пострадавших сильно болел живот, отмечались случаи потери сознания и даже летальный исход. Городской врач Эберхард Гоккель, обслуживавший заодно два близлежащих монастыря, основное свое внимание обратил именно на монахов. Поскольку монастырская община представляла собой замкнутый коллектив с общим образом жизни и питания, доктор Гоккель решил, что на этом материале легче будет понять причины болезни, чем на вольных горожанах с их разнородным образом жизни. Оказалось, что остались здоровыми те монахи, которые по разным причинам воздерживались от вина. А два монаха, приходившие на паломничество из другой общины, выздоровели, вернувшись в свои монастыри.
Эпидемиология тогда только зарождалась, но доктор Гоккель проявил себя как проницательный эпидемиолог. Он поселился в одном из монастырей и стал жить жизнью братии. За каждой трапезой ему, как и всем монахам, предлагали стакан вина. И вскоре у врача развились первые симптомы загадочной болезни.
Тогда Гоккель обратился к поставщику вина - виночерпию местного князя. И узнал, что вино подслащают специальным раствором. Сахар был еще неизвестен, и вместо него использовались либо мед, либо уваренные сладкие соки некоторых фруктов. Но часто применяли, особенно в виноделии, другой способ. Свинцовый глёт (белый порошок, представляющий собой окись свинца) растворяли в вине, и раствор затем упаривали, получая сладкую жидкость. Ее-то и добавляли в кислое вино. И, хотя врач отметил, что этот сладкий раствор превращает самое плохое и кислое вино в лучший сорт кларета, он высказал предположение: болезнь вызывается свинцом.
Но это открытие несколько запоздало: аббат и казначей одного из монастырей погибли (видимо, они, пользуясь служебным положением, потребляли больше сладких вин, чем рядовые монахи). Многие врачи того времени, особенно жившие в винодельческих регионах, одобряли использование соединений свинца для "облагораживания" вин и не видели в этом никакой опасности.
Возможно, на пользу медицине и токсикологии пошло то обстоятельство, что Ульм, родной город Гоккеля, был не винопроизводящим, но виноторговым: ежедневно в город прибывали сотни повозок с бочками вина из долины Неккара, здесь бочки перегружали на суда и сплавляли по Дунаю в другие районы и страны. Виноторговля была основным источником дохода княжества Вюртемберг, и разрушать ее никто не желал. Когда в 1696 году князь Вюртембергский узнал от своего придворного лекаря о еще не опубликованном открытии Гоккеля то выпустил декрет о запрете улучшения вина свинцовым раствором. А нарушителям и даже тем, кто знал, но не донес о преступлении, декрет грозил смертной казнью.
В 1697 году доктор Гоккель выпустил книгу с длинным названием: "Примечательный отчет о ранее не известной ВИННОЙ БОЛЕЗНИ, которую в 1694, 95 и 96 годах причинило подслащение кислого вина свинцовым глЈтом, что привело в городах, монастырях и замках, а иногда и в селах, ко многим жестоким симптомам, в результате чего многие лица как высокого, так и низкого положения серьезно пострадали, а то и лишились жизни".
Вообще-то применение свинцовых соединений для "улучшения" вина началось еще в Древнем Риме, откуда вино экспортировали в глиняных амфорах и в Германию, и даже на Британские острова. Чтобы за время пути вино не скисло, греки, возившие его по Средиземному морю задолго до римлян, добавляли в амфоры сосновую смолу, фитонциды которой убивали нежелательные бактерии уксуснокислого брожения (и до сих пор существует своеобразное греческое вино "ретцина", в его названии легко услышать слово "резина" - то есть смола). Но римляне предпочитали другой способ. Они долго кипятили свежий виноградный сок в свинцовом котле, уваривая его на две трети объема до сиропа, называвшегося сапой, или дефрутумом. Этот сироп, включавший соединения свинца, эффективно останавливал порчу не только вина, но и фруктов и оливок. Многие соединения данного тяжелого металла сладки на вкус, так что вино становилось слаще не только от виноградного сахара, но и от виннокислого свинца, возникавшего в результате долгого кипячения сока в свинцовом котле. И это сладкое вино еще и не могло скиснуть при хранении!
Рецепты варки сапы содержатся в книгах Плиния, Колумеллы и других авторов. Полученная по древним рецептам жидкость представляет собой темный вязкий ароматный сироп с содержанием свинца около грамма на литр. Добавляя его в вино в обычных для того времени пропорциях, мы получим напиток с содержанием свинца около 20 миллиграммов на литр. Выпивая литр такого вина в день (а в Германии XVII века пили, как правило, больше), можно приобрести симптомы свинцового отравления уже через несколько недель.
На ранних стадиях отравления характерны головная боль, бессонница, желтуха, понос, затем появляются сильные боли в желудке и суставах, наступает паралич кишечника. Еще позже (свинец накапливается в организме, почти не выводясь) появляются нервные симптомы: глухота, слепота, общий паралич... Дело нередко кончается смертью.
Прошло несколько веков, пока вред римского способа сохранения вин стал очевидным. Правда, многие германские племена еще во времена Юлия Цезаря запрещали употребление римских вин, заметив их ядовитость. А симптомы хронического отравления свинцовым вином описал в 1639 году личный врач кардинала Ришелье Франсуа Ситуа (однако он винил в эпидемии сверхновую звезду, о вспышке которой в 1572 году писал Тихо Браге). Но в Германии XVII века римские рецепты широко перепечатывались и применялись. Свинцовое отравление пытались лечить распространенным средневековым средством - кровопусканием и даже верховой ездой (тряска несколько стимулировала движения парализованного кишечника). Конечно, такие методы не приносили облегчения. Эффективные средства от свинцовой болезни найдены только в наше время - это медикаменты, активно связывающиеся со свинцом и выводящие его из организма.
Любопытно, что на Ульмской эпидемии непрямым образом отразилось происходившее тогда изменение климата, так называемое малое оледенение. Погода в Германии в последнее десятилетие века была особенно холодной и дождливой, отчего виноград плохо созревал, набирал мало сахара и вина получались кислыми - отсюда и желание их подсластить по старому римскому рецепту.
Еще до Гоккеля отравление свинцом описал другой немецкий врач - Самуэль Штокгаузен из города Гослара. В горах Гарца добывали свинец, и Штокгаузен заметил, что горняки и металлурги, имевшие дело с пылью свинцовых руд или с парами свинца при его выплавке, страдали тяжелыми расстройствами. Гоккель, прочитав книгу врача из Гослара, понял, что симптомы профессионального заболевания горняков идентичны симптомам "винной болезни", о которой Штокгаузен, видимо, не знал: на севере Германии пьют в основном пиво, а не вино.
Вести об открытии Гоккеля распространялись очень медленно. Только примерно через сто лет практика "улучшения" вина свинцовыми соединениями ушла в прошлое и то лишь потому, что распространил ся дешевый тростниковый сахар с Кубы и Ямайки, а кроме того было найдено новое пищевое антибактериальное средство - сульфиты (они и в наше время применяются в виноделии и при изготовлении фруктовых соков).
Но профессиональные свинцовые отравления еще долго оставались обычным делом. Чарльз Диккенс описал в одном из своих очерков горестную судьбу лондонских бедняков, вынужденных выбирать между голодной смертью и работой на производстве свинцовых белил, которая нередко кончалась гибелью от отравления уже через месяц-другой. Сейчас свинцовые краски запрещены практически повсюду, а тогда порошок белил нечестные торговцы иногда подмешивали к муке, чтобы сделать ее более белой и добавить веса.
Последний нашумевший случай пищевого отравления свинцом произошел в 1994 году в Венгрии, где обнаружилась партия порошка паприки, в который для усиления красного цвета добавили свинцовый сурик - красную окись свинца.
СЛАДКИЙ ЯД | №4, 2001 год | Журнал "Наука и жизнь"

**stachybotrys** · 10-01-2010, 04:45 AM

Re: интересные статейки..

МАЛЫЕ ПАРАМЕТРЫ БОЛЬШИХ КАТАСТРОФ

Мы привыкли к стабильности и постоянству. Мы ступаем по твердой поверхности Земли и верим, что она всегда будет служить нам опорой. Мы знаем, что вслед за зимой придет лето, станет тепло и солнечно, и так будет всегда. Мы думаем, что мир вокруг нас не может внезапно измениться, и, исходя из этого, формируем свой образ жизни и приоритеты, планируем свои действия.
Такая привычная, "бытовая" точка зрения на устойчивость нашего мира нашла свое отражение в науке XVIII века, когда создавалось классическое естествознание. Его основой стал математический язык дифференциального и интегрального исчислений; считалось, что все зависимости можно описывать непрерывными функциями, для которых характерно небольшое изменение значения функции при малых приращениях аргументов. Казалось бы, логично: приложено чуть больше усилий - получен чуть больший результат... Более того, если математические модели не отвечали этим условиям, то они считались некорректными, а значит, лишенными реального содержания.
Но... Легкий поворот выключателя приводит в действие управляющие механизмы, и открываются створки плотины, мощные потоки воды обрушиваются на лопатки турбин, заставляя крутиться многотонный вал генератора. Легкий удар по детонатору вызывает взрыв, при котором мгновенно высвобождается энергия, сравнимая с энергией маленького солнца. Есть примеры и нерукотворных природных процессов, когда в результате слабого воздействия пробуждаются силы, во много раз более мощные: маленький камешек может вызвать горный обвал, страшную по своим последствиям снежную лавину и даже землетрясение. Научная и инженерная мысль открыла множество примеров скачкообразного изменения системы при малых воздействиях, но, как ни странно, на наши представления об окружающем мире до недавнего времени это почти не влияло.
Еще в древности, например в античной Греции, среди философов существовало представление, что вся природа живет и развивается благодаря соразмерности и гармонии величайших сил - противоположностей, находящихся в равновесии. Нарушение этого равновесия может разрушить весь мир. За гармонию противоположностей отвечают боги, и они прикладывают немалые усилия для ее сохранения. Вспомним миф о Фаэтоне, который упросил своего отца Гелиоса дать ему небесную колесницу в доказательство его божественного происхождения. Руки смертного не удержали небесных коней, он не сумел провести колесницу по безопасному пути, где солнечные лучи не опаляют землю, но и не дают ей замерзнуть. Последствия не заставили себя ждать:

Трещины почва дала, и в Тартар
проник через щели
Свет, и подземных царя с супругою
в ужас приводит.
Море сжимается.
Вот уж песчаная ныне равнина,
Где было море вчера;
покрытые раньше водою
Горы встают...
(Овидий. Метаморфозы.)

Чтобы вернуть мир из хаоса, потребовалось вмешательство верховного божества Зевса, восстановившего порядок.
Древние философы понимали, что даже малые изменения, нарушающие гармонию, могут существенно изменить мир, ввергнуть его в хаос. Многие столетия их внимание занимали именно законы этой гармонии, ибо в ней они видели проявление божественной воли, удерживающей мир в порядке. Начиная с пифагорейцев, открывших, что эти законы могут быть записаны на языке цифр и геометрических фигур, математику стали использовать как средство отражения идеальных законов природы, в которой все противоположности соразмерны и уравновешены. Может быть, этим и объясняется упорное нежелание "классических" математиков рассматривать неустойчивые математические модели, в которых возможно резкое нарушение равновесия.
Лишь в ХХ веке появились работы, в которых всерьез заговорили о том, что такие неустойчивости столь же реальны, как и состояния гармонии. Было осознано, что любая система, развиваясь, проходит этапы перестройки, резкого изменения, во время которых происходит перегруппировка сил, переустройство равновесия. Эти этапы характеризуются временным преобладанием одной из сил, что приводит к хаосу, разрушающему предыдущие структуры; затем происходит гармонизация, равновесие восстанавливается, но уже в новом, качественно ином состоянии.

Одной из математических теорий, описывающих резкие переходы, является теория катастроф. Как научная дисциплина она появилась в 70-х годах прошедшего века. Важным достоинством этой теории является то, что она не требует подробных математических моделей и может описывать ситуации не "количественно", а "качественно", а ее результаты и выводы иллюстрируются простыми геометрическими образами.
Такая "наглядность" теории катастроф привела к бурному росту числа публикаций, и наряду с серьезными работами, посвященными, например, устойчивости кораблей, описанию психических явлений, социальных и экономических процессов, появились работы полушутли вого характера. Ниже мы приведем один из примеров такого "спекулятивного" использования метода теории катастроф, наглядно поясняющий ее суть. Но прежде объясним, насколько это возможно, на каких представлениях основана эта теория.
Положим, вам нужно описать зависимость некоторой величины x от двух параметров - m1 и m2. Для этого удобно использовать график этой зависимости, который изображается некоторой поверхностью, "висящей" над плоскостью параметров: два числовых значения параметров задают точку на плоскости, а высота поверхности над этой точкой дает значение исследуемой величины. Поверхность, из общих соображений и в соответствии с классическими положениями, будем считать "гладкой"; ее можно представить как лист бумаги, свернутый без разрезов и разрывов. Зависимость не будет иметь особенностей, если каждому значению параметров соответствует только одна точка поверхности, - это случай, когда наш лист бумаги не имеет складок. Если же складки имеются, то возможны особенности двух типов. Одна из них так и называется "складка.
А другая получается, когда в одной точке (на плоскости параметров) встречаются две складки поверхности. Она носит название "сборка" . Проекция сборки на плоскость параметров обозначена буквой B.
Подчеркнем, что, кроме указанных особенностей, никаких других в принципе быть не может - все остальные могут лишь комбинироваться из этих простейших элементов. "Катастрофа", то есть резкое изменение значения величины x, происходит, например, когда изменяется параметр m1 вдоль прямой A1- A2. Однако иное качественное поведение можно получить при изменении параметров в окрестности точки B.
Вернемся к обещанному примеру. Он принадлежит английскому математику К. Зиману и приведен в замечательной популярной книге В. Арнольда "Теория катастроф". Речь идет об описании творческого процесса ученого, и величина Д характеризует его достижения в зависимости от увлеченности (параметр У на рис. 4) и владения техникой и навыками исследователя (параметр Т).
Если увлеченность невелика, то достижения вяло и монотонно увеличиваются с ростом профессиональных навыков. Если же увлеченность высока, то наступают качественно новые явления: с ростом профессионализма достижения могут возрастать скачком. Такая "катастро фа" вполне желанна. Область высоких достижений в этом случае можно назвать словом "гении".
Если же рост увлеченности не подкреплен соответствующим ростом профессионализма, то происходит катастрофа в полном смысле этого слова: достижения скачком падают, и мы попадаем в область, обозначенную словом "маньяки" . Интересно, что скачки из состояния "гении" в состояние "маньяки" происходят на разных линиях, и при достаточно большом значении увлеченности гений и маньяк при равной технике и увлеченности различаются лишь уровнем достижений.
Заметим, что скачок достижений происходит при разных значениях параметров в зависимости от того, движемся ли мы слева направо или справа налево вдоль прямой A1- A2. Это так называемая петля гистерезиса, демонстрирующая, что если вы из-за потери увлеченности потерпели катастрофу в уровне достижений, то для того, чтобы вернуть их на прежний уровень, необходима значительно большая увлеченность, чем та, что имелась накануне скачка.
Несмотря на всю привлекательность и интуитивную ясность подобных рассуждений, профессиональные математики весьма скептически относятся к обоснованности построений такого рода. Однако есть и более строгие результаты, касающиеся, например, математических проблем устойчивости развивающихся во времени процессов.
Теория катастроф на качественном уровне объясняет множество явлений. Вот, например, как можно пояснить возможность резкого изменения экологической обстановки на нашей планете. Для простоты введем некоторый обобщенный параметр x, характеризующий качество рассматриваемой ситуации с экологической точки зрения, например среднее содержание вредных примесей в атмосфере. Пусть реализуемы только такие значения x, при которых некоторая функция принимает свое минимальное значение - по аналогии с механикой, где все тела стремятся к минимуму потенциальной энергии. Следуя аналогии, назовем эту функцию "потенциалом".
Пусть при некоторых условиях зависимость потенциала от x изображается графиком . Малые возмущения системы, обусловленные, например, деятельностью человека, могут лишь немного изменять загрязненность атмосферы - устойчивое состояние находится в одной из точек локального минимума в нижней части графика (система "сидит" в этой точке надежно, как тяжелый шарик, скатившийся на дно лунки). Перевод системы в опасное состояние - в соседний локальный минимум, соответствующий высокой загрязненности, - практически невозможен: нужен слишком большой толчок, заставляющий систему (в нашей аналогии - тяжелый шарик) преодолеть высокий барьер, отделяющий точки минимума.
Однако при изменении условий (например, при накоплении отходов промышленного производства) характер зависимости потенциала от x может измениться. Тогда даже небольшой толчок может заставить систему "свалиться" в устойчивое состояние с высоким уровнем загрязненности атмосферы. Такой переход может совершиться очень быстро, в считанные годы.
Теория катастроф, наряду с другими современными теориями динамических систем, уже в значительной степени изменила привычные представления об устойчивости и инерционности мира. Благодаря ей мы сегодня (хочется надеяться) лучше понимаем свою ответственность за возможные нарушения гармонии и равновесия противоположных природных сил, к которым ведет неограниченный рост промышленного производства в обществе потребления. Сейчас раздается все больше голосов за то, чтобы провести переоценку ценностей в современном мире и вслед за мудрецами древности вновь начать ценить красоту и соразмерность выше материального изобилия. Ведь если этого не произойдет, то поистине пророческими могут стать слова творца теории катастроф французского ученого Рене Тома: "Быть может, удастся доказать неизбежность некоторых катастроф, например болезней или смерти. Познание не обязательно будет обещанием успеха или выживания: оно может вести также к уверенности в нашем поражении, в нашем конце".
Но наряду со столь мрачными перспективами эта теория открывает и другие возможности. Действительно, коль скоро мы уверились в том, что при определенных условиях очень малые воздействия могут привести к значимым результатам, есть резон не опускать руки даже в самых тупиковых ситуациях - ведь, может быть, кажущаяся безысходность есть лишь признак надвигающейся "катастрофы", обещающей нам новый период расцвета.
История дает немало примеров, когда в критические моменты судьбы народов зависели от решения одного человека, и если ему удавалось "поймать момент", понять необходимость того или иного действия, то начиналось новое время, открывались новые перспективы, воплощались великие идеи. Так, Перикл, обратившись к идеалам единства и гармонии, после страшных разрушений греко-персидских войн привел Аттику к золотому веку классики, когда создавались совершенные вещи - скульптуры, храмы, научные и философские концепции, - к которым мы и сегодня обращаемся как к эталону. При Перикле творили великие Фидий, Анаксагор, Геродот; при нем заново отстроили Акрополь, ставший образцом прекрасного на многие века. Так же девятнадцать веков спустя Козимо Медичи, поддержав возникший интерес к античной культуре, положил начало Ренессансу - эпохе, перевернув шей жизнь средневековой Европы.
Поскольку в определенных ситуациях - в точках катастроф - даже незначительные движения могут повлиять на ход развития, очень полезным окажется умение определять, далеко ли от такой точки находится система. Формально для этого следует изучить зависимость системы от внешних параметров в математических моделях, однако на практике нередко встречаются случаи, когда у исследователя нет даже туманных соображений о том, каким эволюционным уравнением описывается развитие системы. Тем не менее даже в этих ситуациях, патологических с точки зрения математического моделирования, можно указать некоторые косвенные признаки того, что изучаемая система находится вблизи точки катастрофы.

Речь идет о так называемых "флагах катастроф" - особенностях поведения системы, по которым можно судить о приближении критической точки. Перечислим некоторые из них, чаще всего встречающиеся вместе:

- наличие нескольких различных (устойчивых) состояний;

- существование неустойчивых состояний, из которых система выводится слабыми "толчками";

- возможность быстрого изменения системы при малых изменениях внешних условий;

- необратимость системы (невозможность вернуться к прежним условиям);

- гистерезис, который мы уже рассматривали в примере с "гениями" и "маньяками".

Чтобы проиллюстрировать эти ситуации, можно привести множество примеров из физики, но обратимся лучше к примерам более "жизненным". Всем нам после окончания средней школы приходилось выбирать дальнейший жизненный путь. Первый "флаг катастрофы" - существование различных устойчивых состояний - проявляется в том, что мы можем видеть несколько различных привлекательных для нас вариантов деятельности. Это могут быть несколько институтов, в которые мы можем поступить (в последние годы благодаря вступительным олимпиадам школьник к моменту окончания школы может быть уже зачислен в несколько вузов), несколько фирм, где нас согласны принять на работу, и т. п. Наряду с этим присутствует и второй "флаг" - неустойчивые состояния - места, где мы уж точно надолго не задержимся. Третий "флаг": приняв решение и став, например, студентом, мы испытываем стремительное изменение - и внешнее (меняется наш социальный статус, у нас появляются собственные деньги, пусть небольшие), и внутреннее (мы стремительно взрослеем). Четвертый "флаг": после выбора обратный путь практически невозможен - чтобы нас отчислили с первого курса, еще до сессии, нужно натворить что-то очень грандиозное. Но уж если отчислили, то просто так обратно не примут, и надо ждать подходящих условий - новых приемных экзаменов. Это пятый "флаг катастрофы".
Еще одним "флагом катастрофы" служит так называемое "критическое замедление", когда множество усилий не приводит к сколько-нибудь заметному изменению ситуации. Такой флаг был вывешен на историческом пути нашей страны в 80-е годы, когда колоссальные средства, вкладываемые в экономику, например в сельское хозяйство, уходили словно в песок, ничего существенно не изменяя.
Нетрудно заметить, что если исследователь наткнулся на один из этих "флагов", то управляющие параметры можно поменять так, чтобы стало возможным обнаружить и другие "флаги", которые обязательно должны проявить себя в подходящих условиях. Правда, в рассмотренном нами примере с выбором института экспериментировать вовсе не обязатель но и даже нежелательно, если только вы не хотите пожертвовать собой ради подтверждения теории. Но в иных условиях, чтобы убедиться, что система действительно может претерпеть резкий скачок состояния, имеет смысл поискать и более представительный набор "флагов катастроф".
ПРЕДОПРЕДЕЛЕННОСТЬ ИЛИ СВОБОДА ВЫБОРА?

Теория катастроф является одной из частей более общей математической теории - качественной теории сложных нелинейных систем. Эта теория изучает общие принципы, проявляющиеся в различных ситуациях, и помогает лучше понять механизм действия природных сил. Один из таких механизмов описывает взаимодействие судьбы и свободы выбора, и математическая модель этого взаимодействия оказывается очень близка к мифологической.
В религиозных и философских системах судьба человека связывается с его предназначе нием, с его жизненным путем, определенным свыше. В мифах античности судьбой человека распоряжаются дочери Зевса Мойры, непреодолимость рока символизируется водами подземной реки Стикс. Если механизм рока запущен, то любое поведение героя неотвратимо влечет его к развязке (как, например, в ситуации с Эдипом, которому было предсказано убить своего отца), однако всегда существует один-единственный поступок, казалось бы, незначительный в сравнении с масштабом последующих событий, который запускает их череду; герой мог бы поступить иначе, и тогда мифическая история пошла бы совсем по другому пути. Примером этому может служить решение Париса отдать яблоко Афродите, что вызывает целый ряд неотвратимых последствий, вплоть до Троянской войны и путешествия Одиссея.
Вопросы о том, что определяет развитие мира, волновали умы мудрецов еще с древних времен. Анаксимандр из Милета (610- 540 до н. э.) учил: "Природа вечна, но в своем развитии она проходит через определенные фазы". Гераклит из Эфеса (520- 460 до н. э.) утверждал, что мир есть вечно существующий живой огонь, мерно разгорающийся и мерно потухающий. Следуя им, Эмпедокл из Акраганта (490- 430 до н.э.) считал, что мир проходит через бесконечную череду этапов - время господства "любви" сменяется периодом господства "вражды" и т. д. Основная идея античной философии: мир существует вечно, и сегодняшнее его состояние - лишь одна из многих ступеней его пути. Однако единая основа мира неподвижна - об этом говорили и Платон, и философы-элеаты. Идея о том, что вселенной управляют математические законы, традиционно приписывается Пифагору. Он учил: "все есть число" и "числа правят миром". Все явления мира гармоничны, а законы гармонии задаются отношениями целых чисел, как частоты нот в консонансном аккорде.
Итак, гармония вечна и неизменна. Судьба же - это движение, она определяет наше будущее, неизвестное сейчас. Математические принципы развития появились значительно позже, в конце XVII века, с развитием исчислений бесконечно малых: описав взаимодей ствие частей системы и ее начальное состояние, можно было однозначно определить ее эволюцию. Казалось, тайна вселенной раскрыта - ее будущее уже определено настоящим, все предрешено, и все можно предсказать, решив дифференциальное уравнение, хотя и очень сложное.
Выразителем этой крайней точки зрения считают Бенедикта Спинозу (1632- 1677): он утверждал, что в природе вещей нет ничего случайного, существует только необходимость, обусловленная законами природы. Случайность же приходится привлекать там, где мы чего-то не знаем.
В XVII- XIX веках этой детерминистской точки зрения придерживались большинство ученых. Предопределенность была синонимом объективности научных знаний, возможность точных предсказаний рассматривалась как величайший триумф науки.
Но трудно поверить в то, что миллионы лет назад уже были точно запрограммированы и появление жизни, и все катаклизмы и войны, и все радости и напасти рода человеческого, и все наши поступки, порой такие непредсказуемые и неожиданные. Возможно ли такое?
Наука ХХ века дала множество математических моделей, которые свидетельствуют, что в специально организованной среде действительно могут возникать новые формы, не существовавшие ранее. Одна из них была предложена Дж. Конвеем как забавное развлечение, но из-за множества аналогий вдруг приобрела глубокий смысл. Речь идет об игре "Жизнь". (Подробное описание этой игры под названием "Эволюция" см. в журнале "Наука и жизнь" № 8, 1971 г.; № 8, 1972 г. - Прим. ред.) Правила ее очень просты: на тетрадном листе бумаги в ячейках прямоугольной сетки "живут" клеточки, подчиняясь простым правилам: если число соседей клетки больше трех или меньше двух, то она умирает. В пустой же ячейке с тремя "живыми" соседями может родиться новая клетка. Колония клеток демонстрирует разнообразное поведение в зависимости от начального состояния. Некоторые структуры исчезают, другие достигают стационарного поведения. Есть сообщества клеток, которые движутся, словно живые, - к ним относится так называемый "планер", или "парусник". Есть и более сложные конфигурации, например "планерное ружье", - эта колония клеток через 30 поколений возвращается в исходное состояние, рождая при этом один планер. Есть и "пожиратель планеров" - конструкция, которая поглощает налетающий на нее парусник и вновь поджидает очередную жертву.
Еще один пример. Простейшие математические формулы, определяющие расположение точек на плоскости, порождают необычайно сложные по своей структуре геометрические объекты - фракталы (см. "Наука и жизнь" № 4, 1994 г.). Их узоры складываются из бесконечных повторений и вариаций фрагментов. Колоссальное разнообразие этих форм достигается изменением параметров в математическом законе их построения.
Эти примеры свидетельствуют о том, что в самой природе среды, в ее структуре может быть заложена возможность творить невероятное количество форм. Среда, словно первобытный хаос, наделена множеством структур. Проявить то или иное потенциальное состояние среды можно, определенным образом организовав ее начальную структуру: расставив живые клеточки, "зерна" жизни в первом примере или задав параметры закона повторения фрагментов в примере с фракталами.
Казалось бы, тезис Спинозы подтверждается, и мы - люди, привыкшие считать себя свободными в выборе своего жизненного пути, - тем не менее действуем в соответствии с неумолимыми законами судьбы, предписанными нашим окружением. И все наши мысли, стремления, эмоции, вдохновения и открытия оказываются следствием изначального распределе ния частичек вселенной...
Но рассмотрим еще один пример - игру в бильярд. Начальная пирамида разбивается первым шаром - порядок сменяется хаосом. Если толкнуть все шарики так, чтобы они покатились в обратном направлении, приобретя те же скорости, то, как предписывают математические законы движения, все они из хаоса соберутся в первоначальную пирамидку. Однако попытки осуществить такое движение на практике не приводят к успеху - дело в том, что сколь угодно малая ошибка в задании скоростей ведет к значительным расхождениям траекторий в будущем. Эта неустойчивость, свойственная развитию любой достаточно сложной системы, не позволяет полностью предсказать ее поведение на длительный период времени (см. "Наука и жизнь" № 5, 2001 г.).
Математический анализ моделей сложных нелинейных открытых систем во второй половине ХХ века привел к возникновению новой науки - синергетики, открывшей общие принципы эволюции и механизмы их осуществления. В конце второго тысячелетия от Рождества Христова наука вновь вернула нас к древнему пониманию сущности мироздания - к представлению о двух силах, двух противоположных тенденциях, благодаря которым мир развивается и преображает ся, удерживаясь все же в относительном равновесии.
Сегодня на уровне математической теории можно утверждать, что любая достаточно сложная система, взаимодействующая со своим окружением, проходит в своем развитии определенные этапы. Вначале из неупорядоченных частей системы вдруг складываются и с колоссальной скоростью начинают расти множество структур - "новых форм". За счет противоположной, "разрушительной" тенденции скорость роста постепенно замедляется, некоторые формы исчезают, другие приобретают устойчивость. Эта тенденция рано или поздно одерживает верх, погружая все в изначальный хаос, и наступает кризис, порождающий структуры следующего этапа.
Таким образом, математическая модель развития совпадает с мифологической: согласно воззрениям Древней Индии, бог Брахма творит мир, упорядочивая хаос, а Шива разрушает его. В промежутках между двумя рождениями мир устойчив благодаря уравновешивающему началу - богу Вишну. В античных мифах порождающее божество Дионис выхватывает из хаоса бессчетное множество форм, а гармонизирующее начало - Аполлон - уравновешивает его взрывную творческую энергию, успокаивает бешеный рост форм, придает миру соразмерность. Нарушение гармонии - конфликт, необходимый для развития, - погружает систему в животворящий хаос, дающий ростки новой жизни.
Хаос - неизбежный, обязательный атрибут жизни любой достаточно сложной системы. Геометрическим образом хаоса может служить запутанный клубок ниток: по такой же замысловатой, никогда не повторяющейся траектории движется система в период кризиса. Так ведет себя атмосфера Земли - хотя погода сегодня похожа на вчерашнюю, она всегда чем-то от нее отличается, и нет двух одинаковых дней. Так работают сердце и мозг - на их регулярные ритмы наложен хаотический фон, и его исчезновение ведет к скорой смерти пациента.
Этап кризиса характеризуется крайней неустойчивостью: малейшее движение в сторону от траектории может заставить систему сменить сценарий своего развития. Она может отправиться "на второй круг" своей эволюции, лишь немного отличающийся от предыдущего, а может ценой незначительного усилия перейти на принципиально иную, новую орбиту движения. Ведь, действительно, в клубке ниток рядом всегда есть нити, которые ведут в другом направлении, надо лишь "перескочить" на них - и наша судьба резко изменится.
В математических моделях выйти из кризиса можно за счет изменения так называемых внешних параметров - рано или поздно они изменят среду так, что в ней исчезнет неустойчивость, порождающая хаос, и клубок траекторий вытянется во множество почти параллельных нитей. Резкие изменения сценария развития на таких этапах спокойного развития практически невозможны - ведь все нити идут в одном направлении, и требуется долгое путешествие с нитки на нитку, чтобы существенно поменять направление движения.
Образом преодоления кризиса в мифологических концепциях служит ковчег - корабль, несущий семена новой жизни по бушующему морю во время потопа. Ковчег преодолевает хаос благодаря вере капитана, знающего, что потоп не вечен, имеющего ясную цель и осознающего свою ответственность за будущее. Универсальные математические сценарии развития тоже говорят о преходящем характере хаоса. И чтобы не застрять в бессмысленных метаниях, надо успокоиться, не упустить момент окончания кризиса, уловить нужную тенденцию и без лишних затрат выйти на устойчивую траекторию.
Сейчас предмет изучения науки - мир, для которого характерны кризисы и обвальные процессы, все чаще встречающиеся в нашей повседневной жизни; мир неустойчивостей, когда малые и локальные изменения влекут за собой глобальные последствия; мир, в котором идут процессы становления и возникновения порядка из хаоса; мир, в котором чередующиеся этапы предопределенности и непредсказуемости образуют причудливую череду событий, которые нас окружают и частью которых мы являемся.
Неустойчивые модели долгое время считались некорректными и "изгонялись" из науки. Отражением этого стала точка зрения Ж. Адамара, французского математика, сформулирован ная им в начале XX века. Вдохновленный успехами математической физики в точном описании явлений реального мира, он ввел понятие корректной задачи как задачи, для которой решение существует, единственно и устойчиво. Задачи, для которых не выполнено хотя бы одно из этих требований, он считал неинтересными для практики.
Однако жизнь показала, что неустойчивость - необходимый атрибут нашего мира. Тем интереснее точка зрения Анри Пуанкаре, соотечественника и современника Адамара. Роберт Гилмор, автор книги "Catastrophe Theory for Scientists and Engineers", пишет: "Основы современного подхода к определению качественных изменений в поведении решений обыкновенных дифференциальных уравнений были заложены почти 100 лет назад Пуанкаре... Эти работы... значительно опередили свое время. Сам Пуанкаре не смог реализовать намеченную им исследовательскую программу, так как был уже тяжело болен, а из его современников только А. Ляпунов следовал этой программе при изучении критических решений уравнений. После Ляпунова работы по теории бифуркаций практически прекратились... Такая ситуация сохранилась до 30-х годов, пока советские математики А. Андронов и Л. Понтрягин... вновь не обратились к идеям Пуанкаре. Особое оживление в этой области наблюдалось в 1950- 67 гг."
Глобальность изменений во взглядах на мир и на его описание математическими моделями характеризует следующий исторический факт. В 60-х годах XX века сэр Джон Лайтхил, президент Международной ассоциации математических исследований, посчитал своим долгом принести извинение просвещенному сообществу за то, что в течение 300 лет математики вводили человечество в заблуждение, так как концепция абсолютного детерминизма оказалась далеко не безусловной.
Илья Пригожин, лауреат Нобелевской премии, создатель неравновесной термодинами ки, утверждает: "Покуда мы требовали, чтобы все динамические системы подчинялись одним и тем же законам, хаос был препятствием к пониманию. В замкнутом мире классической рациональности поиск знания легко мог приводить к интеллектуальному снобизму и высокомерию. В открытом мире, который мы сейчас учимся описывать, теоретическое знание и практическая мудрость нуждаются друг в друге".
Теория нелинейных систем - математическая дисциплина, и сама по себе она не может ни предотвратить резкое ухудшение обстановки, ни обеспечить быстрый выход из застоя. Но, как любая теория, она позволяет глубже вникнуть в суть вещей, явлений и процессов реального мира. С точки зрения математики катастрофа и хаос - вовсе не обязательно крушение всех надежд или еще какая-нибудь беда. Это резкая перестройка системы, качественный скачок ее состояния: неожиданный поворот жизненного пути, социальная революция, экономический бум. И важно в преддверии этих кризисных ситуаций найти нужный путь, не дающий "застрять" в кризисе. Помогают в этом знаки судьбы - "флаги катастроф", предупреждающие умеющего их читать, что пришел подходящий момент для головокружительного прыжка вверх. А если упустить момент, то будут тянуться перед тобой глухие кривые окольные тропы...

Литература

Арнольд В. Теория катастроф. - М.: Наука, 1990.

Пригожин И. Конец определенности: Время, хаос и новые законы природы. - Ижевск: Редакция журнала "Регулярная и хаотическая динамика", 1999.

Пригожин И., Стенгерс И. Время, хаос, квант: К решению парадокса времени. - М.: Прогресс, 1999.

Стюарт И. Тайны катастроф. - М.: Мир, 1987.
ТЕОРИЯ КАТАСТРОФ И РАЗВИТИЕ МИРА | №6, 2001 год | Журнал "Наука и жизнь"

**stachybotrys** · 10-01-2010, 05:52 AM

Re: интересные статейки..

Итальянские исследователи, сотрудники неапольского Университета им. Федерико II Бруно Д'Аргентио (геолог, директор научно-исследова тельского института Геомар) и Джузеппе Гераси (директор Института молекулярный биологии и генетики), похоже, открыли новую страницу в биологии, обнаружив неизвестную доселе форму жизни - "кристаллические микробы" (крим). Они, по утверждению исследователей, обитают в "пассивном" состоянии анабиоза внутри минералов и кристаллов. Нашли их в пятидесяти с лишним типах образцов земных горных пород различного происхождения (основные, метаморфизован ные, изверженные, осадочные) и возраста (от сотен тысяч до 2,3 миллиарда лет). Жизнеспособные организмы были также найдены внутри метеоритов (каменные хондриты, железокаменные палласиты и мезосидериты). Если сообщение ученых подтвердится, можно будет считать, что они впервые обнаружили внеземную форму жизни.
"Микробы" удалось разглядеть с помощью сканирующего электронного микроскопа. В "пассивном" состоянии они имеют размер от десятых долей микрона до нескольких микрон и составляют вполне ощутимую долю едва ли не всех минералов. Наблюдается также интересная закономер ность: чем древнее порода, из которой вырезан образец, тем мельче организмы, его населяющие. Они обнаруживают удивительную устойчивость к внешним воздействиям: выдерживают нагрев до 1000 К и давление до 10 тысяч атмосфер. Выделенные из минерала и помещенные в водную среду "микробы" оживают и начинают интенсивно размножаться делением.
В лаборатории Института молекулярной биологии и генетики Университета им. Федерико II был проведен биохимический анализ ДНК открытых "микробов". Сообщается, что, несмотря на малое количество исследуемого материала, надежно установлено: структура цепочки ДНК древних организмов как космического происхождения, так и из земных пород в целом совпадает с последова тельностью ДНК современных бактерий. Более того, на КРИМы столь же эффективно, как и на них, воздействуют антибиотики. Все это говорит о том, что микроорганизмы внеземного и земного происхождения практически идентичны.
Происхождение жизни на Земле остается загадкой и предметом споров не одну сотню лет. Дело в том, что наша планета возникла около 4,5 миллиарда лет назад, и в течение первых 500 миллионов лет ее поверхность подвергалась бомбардировке потоками метеоритов, которые вроде бы должны были препятствовать не только появлению жизни, но даже образованию свободной водной поверхности. Однако простейшие формы жизни найдены в пластах, имеющих возраст порядка 4,3 миллиарда лет. Двухсот миллионов лет явно недостаточно для самопроизвольного образования органических молекул, не говоря уже о живых клетках. Но во Вселенной, за 12-15 миллиардов лет ее существования, такой процесс вполне мог пройти. Именно из этих соображений немецкий ученый Г. Рихтер в 1865 году предположил, что жизнь зародилась в космосе, чрезвычайно долго сохранялась там почти при абсолютном нуле в анабиозе и была занесена на Землю упавшими на нее метеоритами. Гипотезу, получившую название панспермия (от греческого - всеобщее семя), поддержали шведский физхимик Сванте Аррениус и немецкий физик и физиолог Герман Гельмгольц. Однако впоследствии возобладало мнение, что сложные молекулы неизбежно будут разрушены жестким ультрафиолетовым и космическим излучениями, и об идее панспермии забыли. И только в 1982 году о ней снова всерьез заговорил английский астрофизик Фред Хойл.
Открытие итальянских исследователей (если оно, конечно, подтвердится) позволит по-новому взглянуть на проблему возникновения жизни во Вселенной и проследить связь между геологичес кими и биологическими процессами, между живой и неживой природой. Следует, однако, отметить, что сообщения такого рода неоднократно появлялись в научной и научно-популярной литературе и впоследствии оказывались ошибочными...
НАЙДЕНА НОВАЯ ФОРМА ЖИЗНИ? | №6, 2001 год | Журнал "Наука и жизнь"
пока ничего такого другого, подтверждающего это "открытие", не появлялось за прошедшие годы. подождеммм!

**stachybotrys** · 10-02-2010, 09:46 AM

Re: интересные статейки..

Волновое взаимодействие между группами развивающихся зародышей одной из разновидностей костистых рыб установлено специалистами кафедр эмбриологии и ихтиологии биологического факультета Московского государственного университета и стало своего рода развитием давних работ московского биофизика А. Гурвича. Ему еще в 20-х годах минувшего века удалось обнаружить способность живых клеток генерировать и воспринимать сверхслабое электромагнитное излучение.
Впоследствии этот эффект дистанционного взаимодействия биологических систем неоднократно регистрировали многие биологи у одноклеточных, у растительных тканей, у насекомых и т. п., причем во всех случаях источниками и детекторами сигналов служили развивающиеся, а следовательно, динамически усложняющиеся организмы.
Проведенные специалистами МГУ эксперименты с зародышами вьюна состояли в следующем. Группу икринок на определенной стадии развития помещали в один герметичный и светозащищенный контейнер с кварцевым окошком вверху, а другую группу - в точно такой же контейнер, но с окошком внизу. Контейнеры ставили друг на друга и содержали некоторое время в контролируемых условиях. Результаты экспериментов оказались чрезвычайно интересными.
Если стадии развития обеих групп икринок были одинаковыми, то ничего не происходило: икринки и в том и в другом контейнере развивались как обычно. Если стадия развития одной из групп оказывалась чуть более высокой, чем у другой, то развитие более молодой группы заметно ускорялось. Но особенно поразительным оказался вариант, в котором разница в развитии групп была значительной: в этом случае младшие по возрасту развивались, во-первых, гораздо медленнее, а во-вторых, среди них появлялось большое число уродств.
Но и это не все. Было установлено, что наблюдались такие явления лишь при использовании окошек из кварца, но не из обычного стекла, и, следовательно, взаимодействие между группами связано, в частности, с ультрафиолетовым излучением. А установка того или иного светофильтра (например, желтого или красного) в сочетании с поляризатором и вовсе позволяла менять развитие эмбриона во вполне определенном направлении. Скажем, вырастить зародыш без хвоста, а то и с несколькими головами.
Во всем этом еще очень много неясного. Ведь амплитуда биоизлучения настолько мала, что не улавливается на фоне "шума" никакими приборами. Авторы полагают, что возникающая в процессе жизнедеятельности клеток биофотонная эмиссия воспринимается имеющимися в зародышах некими резонансными системами. Исследования продолжаются. А. БУРЛАКОВ, О. БУРЛАКОВА, В. ГОЛИЧЕНКОВ. Дистантные волновые взаимодействия в раннем эмбриогенезе вьюна. "Онтогенез" том 31, № 5, 2000, стр. 343-349. J. TENNENBAUM. Russian Scientists Replicate "Impossible" Mitogenetic Radiation. "21st century science & technology" winter 2000-2001.
И ИКРА С ИКРОЮ ГОВОРИТ | №9, 2001 год | Журнал "Наука и жизнь"

**stachybotrys** · 10-07-2010, 08:46 AM

Re: интересные статейки..

ЧАСТЬ 1. ИММУНИТЕТ КАК БОРЬБА ЗА СУЩЕСТВОВАНИЕ

Передо мной программа заседаний знаменитого Центра философии и истории науки Бостонского университета (Массачусетс, США) на первое полугодие 2009 года. Все 10 заседаний (30 докладов) посвящены двойному юбилею — двухсотлетию Чарльза Дарвина (1809—1882) и стопятидесятилетию публикации «Происхождения видов» (1859).

Такое внимание к великому англичанину радует, но удивляет одно: почему в программе ни словом не упомянут Жан-Батист Ламарк (1744—1829)? Неужели его «Философия зоологии», вышедшая в 1809 году, не заслуживает у философов науки даже упоминания в год её двухсотлетия? Ведь учёный мир узнал об эволюции из неё, а не из книги Дарвина.

Конечно, на первом заседании (оно озаглавлено: «Эволюция до Дарвина») наверняка Ламарк упомянут будет, но названия всех трёх докладов заседания — «Эволюция до эволюции»1, «Прогресс — эволюция: злой двойник?»2, «Романтическая биология и происхождение “Происхождения видов”»3 — ясно говорят, что великий француз послужит там в лучшем случае экраном для демонстрации величия Дарвина, а в худшем — мальчиком для порки, каковым он служит вот уже полвека. Но в дни Дарвина было совсем не так.

1. Союз двух наук — эволюции и иммунологии

Хотя в 1840—1858 годах Ламарк как эволюционист не упоминался в кругу Дарвина вовсе, однако его хорошо знали. Вне Англии его «Философию зоологии» с почтением цитировали (пусть и споря с ним) многие — например, ведущие философы Огюст Конт во Франции, Гегель и Шопенгауэр в Германии. Естественно, что при этом Ламарк был широко известен и биологам. Почти все ранние комментаторы учения Дарвина — восторженные, критические и ниспровергавшие — сравнивали его с учением Ламарка, и отнюдь не все видели в Ламарке просто предшественника. Например, немецкий переводчик книг Дарвина, знаменитый зоолог и палеонтолог Генрих Бронн, сравнивая концепции Ламарка и Дарвина, подчас отдавал предпочтение первому. Таков, например, вопрос: почему, несмотря на эволюцию, до сих пор существуют низшие животные?

Ламарк отвечал: потому, что низшие до сих пор заново возникают в порядке самопроизвольного зарождения. Дарвин же полагал иначе: низшие приспособлены к своим простым условиям существования и потому не изменяются. Бронн принял объяснение Ламарка, и в этом его поддержал юный Мечников, один из героев нашего рассказа.

Новые объяснения мы рассмотрим в части 3.

Словом, история науки отнюдь не так проста, как многим кажется, и как раз в дни двойного юбилея — великих книг Ламарка и Дарвина — её полезно вспомнить. Чтобы оценить их место в истории науки, надо посмотреть, как они повлияли на её развитие. В одной статье много не скажешь, и придётся выбрать какую-то одну сторону проблемы. Выберем иммунологию — потому, что последняя формировалась в параллель с дарвинизмом4, черпая идеи из него и из ламаркизма, а также потому, что успехи и неудачи эволюционизма на ней легче всего видны.

Генетика прекрасно объяснила, как из линейного текста гена получается линейный текст белка, но абсолютно ничего не смогла за сто лет сказать про то, каким образом из линейного текста генов получается трёхмерный орган – ну хотя бы почка. Поэтому вопрос: «Можно ли наблюдать эволюцию?» на сегодня генетически осмыслен только в одном плане: можно ли наблюдать появление нового белка, такого, какого прежде в природе не было? Да, можно, гласит иммунология. И это — огромный успех всей биологии, успех, ключевой для эволюционной науки.

Однако на вопрос, как именно появляется новый белок, ясного ответа нет, и это тоже видно из иммунологии.

2. Мечников и борьба клеток

Ознакомившись в 1863 году с «Происхождением видов» в немецком переводе Бронна, юный Мечников (ему было всего 17 лет) тут же написал критическую статью о новом учении. В ней много мальчишеского задора и лишней самоуверенности, но черты будущего классика уже видны: это наблюдательность, завидная эрудиция, умение сопоставлять факты из самых разных областей знания и полная независимость в суждениях. Приняв идею эволюции как возможность, юный автор напрочь отверг предложенный Дарвином её механизм — борьбу за дефицитный ресурс как основу естественного отбора. Напомню, идею эту Дарвин заимствовал из последнего (1834) издания книги Томаса Мальтуса.

Впоследствии, в годы зрелости, Мечников признал учение Дарвина, но опять-таки — без мальтузианской его компоненты. Этим он, сам того не зная, внёс солидный вклад в тот особый вариант дарвинизма, который у западных историков науки именуется «Дарвин без Мальтуса» и связан именно с российской наукой и общественной мыслью [3].

Данный вариант отрицал те формы борьбы за существование, которые возникают при перенаселённости (именно она делает какие-то ресурсы дефицитными). И в самом деле, все биологические факты, приведённые позже, в ХХ веке, в качестве примеров естественного отбора, касались ситуаций, когда успех вида не зависел от плотности его населения.

Таков, в частности, знаменитый пример «индустриального меланизма»: когда в XIX веке стволы английских берёз потемнели от угольной копоти, то тёмные (мутантные) формы бабочек, прежде редкие, стали частыми, а в ХХ веке, когда угольная индустрия ушла в прошлое, они вновь стали редкими. (Замечу, что эволюции тут нет, поскольку никакой новой формы не образовалось, да и старая не вымерла.) Отбор здесь, как и всюду, служил фактором расселения, но не эволюции. Аккуратные наблюдения и опыты однозначно показали, что даже самый жёсткий отбор не в силах направить эволюцию в определённую сторону, если ненаправленна изменчивость [1].

Вот и для Мечникова была существенна борьба за существование отнюдь не между особями одного вида за ресурс (как у Дарвина), а между особями разных видов. Именно такую борьбу он нашёл в иммунной системе: фагоциты (рис. 1) поедают опасные для организма клетки, не трогая клеток, ему полезных, каковые и выступают победителями в борьбе за жизнь. Аналогичную борьбу он увидел и в эволюции. Так в иммунологию вошёл дарвинизм.

В данной схеме мальтузианству действительно нет места, но беда в том, что для объяснения эволюции она малопригодна. В самом деле, дарвинизм объяснял и объясняет процедуру постепенного формирования полезного свойства исключительно как вытеснение каждым более удачным вариантом каждого менее удачного, то есть борьбой между особями одного вида в условиях перенаселения.

Отрицая роль последней, Мечников должен был предложить что-то ей взамен, что он и сделал: в работе «Борьба за существование частей животного организма» (1892) причиной гибели клеток при фагоцитозе названа их неспособность работать на благо организма, то есть неупотребление органа, по Ламарку. Так в иммунологию вошёл ламаркизм.

Ту же причину Мечников видел и в эволюции организмов. Например, отмирание глаз у подземных животных он объяснял тем, что глаза в почве легко воспаляются, тогда как пользы от них в темноте нет. Неупотребление и отбор действуют здесь, по Мечникову, совместно. Добавлю, что глаза столь же быстро отмирают и у пещерных животных, где особых оснований к их воспалению нет, то есть неупотребление органа действует здесь само по себе.

3. Эрлих: активность и селекция антител

Новая наука притягивает выдающиеся умы. Двое великих биологов заложили две ветви иммунологии: Пастер — химическую, а Мечников — клеточную, и сперва они конфликтовали, но на грани веков появился третий классик — Пауль Эрлих, сумевший взять от каждой ветви главное. У химической он заимствовал понятие антитела (растворимого белка, нейтрализующего антиген), как раз тогда получившее хождение среди учёных, а у клеточной — идею клетки как активного иммунного деятеля. Напомню, что активность особи — основной фактор эволюции у Ламарка [1]. Употребление и неупотребление (англ. use — disuse) органа можно описать как две крайние степени активности особи в отношении использования этого органа, но можно — и как две степени активности самого органа. Второй способ описания активности имеет прямое отношение к иммунологии, поскольку позволяет говорить о поведении фагоцитов и других клеток, а также их частей, словно они — особи.

Ещё в 1885 году Эрлих писал: «Всякий, кто рассматривает разнообразную активность, свойственную любой живой клетке, не может не согласиться с взглядами… что живая протоплазма должна собой представлять гигантскую молекулу» [4, c. 15]. Мы сейчас никак не можем с этим согласиться, но в то время рассмотрение клетки как гигантской молекулы было единственным способом описать клеточную активность. Химическую активность (сродство, валентность и т.д.) хорошо знали, тогда как активность биологическая ещё не вошла в научный обиход.

К этой молекуле-клетке Эрлих в 1901 году и приложил свою модель иммунитета, которую назвал: «теория боковых цепей». Как у реальной крупной молекулы, известной химикам, может быть сбоку присоединена малая цепочка атомов, так и у молекулы-клетки Эрлих предположил целый сонм «боковых цепей», в которых увидел предшественников антител (рис. 2). Активность и антигена и антитела он представлял себе как совокупность большого числа обычных валентностей, оценивая общую валентность антигена числом 200 [2, с. 164].

Главный вывод, к которому пришёл Эрлих, состоял в том, что антитело не может образовываться химически в ответ на появление антигена (и в этом был прав). А значит, решил он, «физиологические аналоги антител должны существовать заблаговременно в организме и в его клетке». Если так, то попавший в клетку антиген вызывает всего лишь усиленную выработку нужного антитела из предшественника, то есть (как стали говорить позже) производит своеобразную селекцию .

Здесь уже Эрлих был прав лишь отчасти: конечно, какие-то предшественники антител необходимы, но они никак не могут быть их «физиологическими аналогами», поскольку физиология будущих антител может быть весьма различна и её заранее не предскажешь.

4. Ландштейнер и искусственные антигены

В начале ХХ века в иммунологии появился ещё и четвёртый классик — австрийский врач и биолог Карл Ландштейнер. У него много заслуг, но нам он интересен тем, как развил ламаркизм в иммунологии.

Ландштейнер усомнился в том, что предшественники на все случаи жизни могут заранее существовать, и поставил начиная с 1912 года серию решающих опытов. Он вводил в кровь подопытных животных искусственные антигены, то есть такие химические вещества, каких в прежней истории животных быть не могло. Антитела вырабатывались и на них!

«Специфичность антител оказалась настолько велика, что оказалось возможным получать сыворотки, различающие орто- и параизомеры одной и той же молекулы» [4, c. 21]. Если число возможных вариантов антител столь велико, то одновременное их наличие у каждой особи невероятно, и приходится признать, что иммунная система каким-то образом узнаёт строение внедрившегося антигена и делает к нему антитело. Другими словами, этот антиген как бы даёт иммунной системе инструкцию , согласно которой формируется антитело.

Так возник вековой спор двух школ (вернее, лагерей) в понимании иммунного ответа — селективной и инструктивной. Ландштейнер, глава второй школы, исходил из точных фактов, но другие этому правилу уже не следовали. Участники спора полагают, что основывают свои взгляды на фактах, не подозревая, что на самом деле просто объявляют учёному миру свою идейную принадлежность и что сами их идеи куда как старше, старше самой идеи эволюции — они идут из античности [5]. Первая идея исходит из убеждения, что все сущности предсуществуют от века и мы наблюдаем лишь их реализацию (позиция Платона), а вторая — что мы действительно наблюдаем появление новых сущностей (позиция Аристотеля). Кратко говоря, тысячелетний спор идёт о том, что в природе старше — само тело или его идея (информация о нём)? В данном случае: что появляется в организме сначала: антиген (зараза) или антитело против него?

В наше время принято считать, что философским основанием всех наук является принцип причинности , гласящий, что всякое следствие следует во времени за своей причиной. Поскольку антитело есть ответ организма на антиген, то есть следствие появления антигена в организме, то оно должно появляться позже, чем антиген. Инструктивная теория как раз это и утверждает, тогда как селективная — наоборот. Выходит, что с позиции принципа причинности первая теория научна, а вторая — нет.

Так и утверждали инструктивисты, тогда как селекционисты отвечали им, что антитела возникают случайно и что некоторые из них оказываются (случайно же) годными для борьбы с данным антигеном. То есть взамен принципа причинности здесь был выдвинут (чтобы обойти вопрос о платонизме) принцип случайности. Законно ли это?

Опуская тонкости, можно сказать так: да, если случайные события могут за приемлемое время (в данном случае не больше трёх суток) породить в организме всё то, чего от них ждут. Нет, если расчёт покажет, что не могут. Словом, вопрос упирается в арифметику.

Легко догадаться (ниже мы это увидим), что арифметика высказалась решительно против селекционистов и в пользу инструктивистов. Но Ландштейнера почти никто не слушал. Получив в 1930 году Нобелевскую премию, он с изумлением прочёл в дипломе, что его наградили лишь за весьма давнее (1901) открытие групп крови, тогда как сам он считал своим главным достижением многолетнее исследование антител к искусственным антигенам [2, с. 191].

5. Попытка соединить теории

Австралийский вирусолог Фрэнк Макферлейн Бернет в 1941 году обратился к иммунологии и горячо поддержал Ландштейнера, предложив свою модель выработки антител, чисто инструктивную. В её основе лежала модная в те годы параллель между высокой специфичностью антител и высокой специфичностью ферментов: если антитело столь высоко специфично к антигену, то оно и устройством должно быть похоже на фермент. Такие модели имели большой успех, но он был недолог [4].

В 1955 году датский иммунолог Нильс Ерне предложил гибридную (селективно-инструктивную) идею. Слабую сторону селективной идеи (наличие огромного числа различных антител, заранее существующих в организме, что невероятно) Ерне предложил укрепить допущением, что каждого антитела в организме ничтожно мало — одно или несколько штук. Тогда различных антител в нём могут (считали в то время) находиться миллиарды, так что на каждый антиген, попавший внутрь организма, в принципе может найтись нужное антитело. Для того чтобы схема могла работать, надо, чтобы в ответ на попадание антигена нужное антитело начинало взрывообразно размножаться. Это возможно в результате автокаталитического (самоускоряющегося) процесса, если (вот второе допущение) антитело служит само для себя матрицей, то есть само себя копирует. Иначе говоря, служит само себе инструкцией.

Прочтя статью Ерне, Бернет понял: если инструкция необходима лишь для размножения нужного варианта, то от инструктивного принципа вполне можно избавиться — достаточно допустить (другой вариант второго допущения) вместо копирования белковой молекулы мутирование гена, кодирующего эту молекулу. Вместо случайного нахождения антитела Бернет ввёл (в статье 1957 года) принцип его случайного появления. Единственной мутантной клетки, производящей нужное антитело, будет достаточно для борьбы с заразой, если (вот третье допущение) эта клетка создаст клон , то есть начнёт безудержно делиться, в отличие от остальных клеток, и тем самым подвергнется селекции . Клональное деление иммунных клеток было уже известно, но причина его оставалась загадкой.

Итак, инструктивную (автокаталитическую) гипотезу Ерне белок → белок Бернет заменил гипотезой соматической5 мутации ген → белок.

Напомню, что «центральная догма молекулярной биологии» (ДНК → РНК → белок) была высказана позже, в 1958 году (Ф. Крик). Инструктивный компонент теперь пропал, и родилась чисто селективная «клонально-селекционная теория образования антител». Её успех побудил Бернета написать книгу «Клонально-селекционная теория приобретённого иммунитета». Она вышла в свет в 1959 году, в год столетия «Происхождения видов», а через год Бернет стал нобелевским лауреатом.

Разумеется, устав премии был соблюдён: формально её дали не за «теорию», а за предсказание Бернетом вполне конкретного опытного результата — приобретённой иммунной толерантности. Результат был установлен в 1956 году английской группой Питера Медавара (он получил премию вместе с Бернетом) и состоял в следующем.

Как известно, у теплокровных (млекопитающие и птицы) ткань, пересаженная от одного организма другому того же вида, не приживается, а отторгается. Причина в том, что у них идёт непрерывная процедура распознавания белков (своих и чужих) на предмет выявления чужеродных. Последние уничтожаются, а свои — нет; к ним организм проявляет толерантность. Оказалось, что толерантность не наследуется, а формируется в каждой растущей особи заново. Поэтому Бернет предположил, что можно сделать животное толерантным к чужим белкам, если ввести их в кровь новорождённого. Так и оказалось.

Предсказание следовало из уже отвергнутой самим Бернетом инструктивной модели (ее ещё держался в то время Медавар), но это никого не занимало, и оба вошли в историю иммунологии как гении, избавившие иммунологию от «ереси ламаркизма» или даже от «ламаркистского психоза». Вскоре появилась «центральная догма молекулярной биологии», гласившая, что источником новой информации являются только случайные мутации в половых клетках. Концепцию Бернета впоследствии стали, по аналогии, именовать «центральной догмой молекулярной иммунологии». В самом деле, обе догмы утверждали одно и то же — отрицали активность поиска новых вариантов, как её отрицает дарвинизм. Но догмы, как известно, относятся к религии, а не к науке, и это вскоре дало себя знать. В частности, концепция Бернета оставалась недвижной, хотя всё более и более расходилась с арифметикой.

6. Долой арифметику!

Арифметику тогда никто из иммунологов, кроме вымиравшей горстки инструктивистов, не вспоминал, но вопрос: «Почему у организма хватает времени и молекул для ответа на инфекцию?» — оставался, вызывал упрёки, и вот в 1969 году Бернет с высоты нобелевского олимпа решился его прояснить. В самом слабом месте своей концепции — в проблеме ответа организма на искусственные антигены.

Приведя возражение инструктивистов о невероятности наличия в одном организме антител ко всем принципиально возможным антигенам, включая искусственные, Бернет ответил: «В основе этого возражения лежит совершенно ошибочная интерпретация концепции рандомизации», то есть концепции случайности.

На самом деле, замечу, вопрос не так прост, к одной случайности его никак не свести, но послушаем доводы Бернета, они любопытны. Он пояснил: допустим, что в алфавите из 20 букв (таково число различных кодируемых аминокислот) закодирован активный центр антитела, состоящий из двух пептидов по 10 аминокислотных остатков каждый. Всего возможно 2010 или примерно 1013 вариантов каждого пептида.

Это количество, по Бернету, «всё равно ещё слишком велико», поэтому он допустил, что не все замены имеют функциональное значение. И объяснил, что значит «не все». Прошу у читателей извинения, но его объяснение мне придётся процитировать почти целиком (опустив только уходы в сторону, отмеченные многоточиями), ибо при пересказе вряд ли кто поверит, что нобелевский лауреат мог подобное написать.

«Селективная теория постулирует, что в индивидуальном организме, скажем, человека или кролика, продуцируется около 100 тыс. подобных структур (коротких пептидов. — Прим. Ю.Ч.), однако в каждой клетке может функционировать только одна такая структура… Возникнув в организме в результате дифференцировки, любая такая клетка должна пройти “сквозь строй” собственных самых разнообразных потенциальных антигенных детерминант, которых насчитывается около 100 тыс., и, “случайно” прореагировав со структурой соответствующей специфичности, может образовать с ней достаточно прочную связь. Если такое событие действительно произойдёт, то, согласно гипотезе, эта клетка будет элиминирована. Таким образом, может быть элиминировано до 90% случайно возникших структур, несущих иммунологические рецепторы. В результате в организме останется 10% первоначально возникших клеток, несущих, скажем, 10 тыс. иммунологически специфичных структур, обладающих свойствами антител… Эти 10 тыс. иммунологически специфичных структур способны реагировать с любым синтетическим веществом, так же как и с любым природным…»

«Такой свободный подход к проблеме является большим достоинством селективных теорий. Антитела или рецепторы не продуцируются организмом по заказу, в соответствии с инструкцией антигена, синтетического или природного. Организм ответит на введение антигена иммунологической реакцией лишь в том случае, если данный потенциальный антиген отыщет в организме иммуноциты… с которыми этот антиген способен прореагировать» [6, с. 256].

На этом рассуждение кончается, не давая никаких отсылок к другим местам книги или к другим публикациям. Сравнив его с остальными положениями Бернета, приходится заключить: автор здесь заявил, что природа устроена так, как ему нужно для теории, а не иначе, причём выдумал для этого все недостающие факты и числа. Не верите? Я и сам долго не верил и ссылался на «клонально-селекционную теорию» в своих работах, пока не прочёл внимательно приведённую цитату. Давайте пройдёмся по тем местам, которые я выделил выше курсивом.

1) Упрекнув инструктивистов (каковым недавно был сам) в непонимании случайности, он интересно разъяснил нам суть дела: сперва дал слово случайность в кавычках (мол, не придирайтесь, случайность — просто метафора), а затем — без кавычек (будто термин уже введён). Именно тут и так он отказался от принципа причинности, основы наук.

2) Как уже сказано, случайностью можно заменять причинность, если все нужные события происходят достаточно часто. Чтобы убедить нас в регулярном наличии нужных случайных событий, автор приводит числа. Для их оценки он выбрал воображаемый активный центр антитела, поскольку тогда уже было известно, что реальный активный центр фермента (группа атомов, служащая катализатором ферментативной реакции) всегда невелик и оценка в 10 «букв» реальна. Настораживает только ремарка: «всё равно ещё слишком велико», — автор явно понимает, что провёл негласное занижение, но даже его недостаточно.

Занижение колоссально: ведь активный центр фермента отвечает лишь за сам ход реакции, тогда как за её специфичность (за то, что будет допущено к реакции) отвечает остальная молекула, всегда огромная. Так что 20 надо бы возвести не в десятую, а хотя бы в сотую степень. Но тогда получится нелепо огромное число вариантов — напомню, что даже число элементарных частиц во Вселенной не превышает 1080.

3) Трудность необъятного числа вариантов автор решил обойти признанием, что не все варианты надо рассматривать. Святая правда! Только вот какую долю всё-таки рассмотреть надо? Тут он поразил читателей простодушием — вместо 1013 оставил 105, то есть одну стомиллионную от им же принятого (безбожно заниженного) числа вариантов.

4) И тут-то получилось всё, что надо? Кабы так! Да, автор оставил к рассмотрению 10 тыс. вариантов антител на организм (как мы узнаем дальше, у мыши их примерно столько и есть), но трудность не исчезла, а лишь сместилась в иную плоскость. Различных бактерий известно около 100 тыс., такого же порядка число известных видов вирусов, и каждый может выделять по нескольку антигенных веществ. Прибавим к этому искусственные антигены, которых можно насинтезировать невесть сколько. Значит, различных антител нужно одновременно больше миллиона. Но каждая В-клетка (иммунная клетка, продуцирующая антитела) синтезирует один вид антител, и таких клеток нужно сразу много. В мышке такое число В-клеток просто не уместится (в ней всего 107 иммунных клеток, из которых В-клетки составляют едва ли пару процентов), а иммунитет её работает, и ничуть не хуже, чем у человека.

Здесь Бернет смог одно — манипуляцию со словом «любой». В первом употреблении оно значит у него «каждый» (каждая возникшая клетка, то есть каждая возможная), а во втором — «тот, который будет выбран» (антиген, выбранный иммунной системой). Невнимательный читатель, не увидев разницы, может подумать, что задача решена: для каждого возможного антигена найдётся своё антитело.

Очевидно, что на самом деле иммунитет устроен как-то иначе.

Как же могло так получиться, что этот бессвязный набор произвольных утверждений почти всех устроил? Это уму непостижимо — если только забыть, что Бернет своим способом рассуждать в точности повторял Дарвина. У того было всего два «примера действия естественного отбора» (волки, гнавшие оленей, и насекомые, опылявшие цветок), и оба – без всякой арифметики; однако учёный мир его принял.

7. Возвращение арифметики

В 1970-х годах в блестящей австралийской школе иммунологов нашёлся исследователь совсем иного типа, Эдвард Стил, тогда ещё юный стажёр. Его собственную концепцию, во многом спорную, мы рассмотрим чуть позже, а пока только позаимствуем у него некоторые числа, которые никто никогда не оспаривал и не оспаривает.

Яды, выделяемые бактерией (антигены), нейтрализуются антителами, и встаёт вопрос: что быстрее размножается — бактерия или В-клетка нужного типа? Учебники и руководства по иммунологии дружно обходят данный вопрос, а вот у Стила написано: бактерия обычно делится ежечасно, тогда как В-клетка — за 5—6 часов. Стало быть, клон В-клеток сам по себе беспомощен, и это у Стила отмечено: «Соревнование может быть выиграно только при условии, что начальное число В-клеток, связывающих эти бактерии, велико» [7, с. 111]. Но если размножение начинается не с одной особи, а со многих (как оказывается на практике — с миллионов), то его нельзя называть клональным.

Этот удар по клональной идее — не единственный. Столь же важно, каким числом различных типов антител, присутствующих одновременно, может оперировать организм. Оказывается, их количество у мыши иммунологи оценивают в 104, тогда как нужны миллионы. И если иммунитет действительно справляется со своей задачей (для каждого или почти каждого антигена находится антитело), то, значит, нужные антитела продуцируются намного чаще, нежели можно ожидать при том мутировании, какое предполагал Бернет в качестве единственного источника новизны антител. Насколько же чаще?

В настоящее время механизм формирования антител расшифрован, и число возможных их вариантов как у мыши, так и у человека оценивается в 1014. А присутствует антител у мыши 104 вариантов. Разница, как видим, в 10 порядков (в 10 млрд раз). Проще говоря, в процессе поиска нужного варианта лишь одна десятимиллиардная часть приходится на случайность, в остальном же поиск целенаправлен. Вот почему (наряду с другими причинами) Стил разочаровался в схеме иммуногенеза «по Дарвину». В поисках лучшей теории он обратился к ламаркизму, как он его понимал тогда и как понимает ныне.

8. Ламаркизм в иммунологии

К сожалению, ламаркизмом в последние лет 80 принято именовать исключительно наследование свойств, приобретённых особью при жизни. (В западной науке такое понимание является единственным.) К самому Ламарку это имеет мало отношения — таковое наследование признавали все, в том числе и Дарвин, вплоть до появления в 1876 году работ германского биолога Августа Вейсмана, выдвинувшего принцип ненаследования приобретённых признаков. Можно было бы смириться с этой ошибкой речей о ламаркизме (ведь говорим же мы «Солнце встало», хотя знаем, что на самом деле Земля повернулась), однако в дни юбилея главной книги Ламарка мы просто обязаны вспомнить, что утверждал великий француз на самом деле и что взяли у него его последователи (а не преследователи).

Главное у Ламарка (что уже сказано выше в связи с Эрлихом) — принцип активности особи как фактор эволюции вида. Эта активность проявляется, по Ламарку, тремя основными способами. Во-первых, активное использование органа или функции вызывает их усиление, а неиспользование — ослабление (use — disuse, см. выше). Во-вторых, результат данной процедуры наследуется (вот единственное, что усвоено у Ламарка нынешним западным пониманием ламаркизма, да и то чаще говорят про само наследование приобретённых признаков, чем про принцип use — disuse). И, в-третьих, организмы обладают стремлением к усложнению строения и функций (к совершенствованию, к прогрессу — кто как выражается). О последнем пока говорить не будем, как не говорят Стил и другие западные ламаркисты.

Стил вовсе не отрицал и не отрицает клонально-селекционной идеи, он лишь добавил к ней допущение, что новый признак, возникнув (например, в результате той же соматической мутации), может стать наследственным. Оно, по мнению Стила, может примирить Бернета с арифметикой.

Способ передачи гена из соматической клетки в половую был тогда известен и даже уже обсуждался как возможный фактор эволюции иммунитета (так называемый горизонтальный перенос гена, см. словарик) — так что очередь была лишь за опытом, демонстрирующим факт наследования приобретённого иммунного свойства. За опыт Стил и взялся.

Он и его сотрудник Рег Горчинский, тоже тогда молодой, работая в Торонто (Канада), модифицировали тот опыт, который принёс успех Бернету и Медавару. Схема получения приобретённой толерантности была ими усложнена (рис. 3): «Мы показали, что если новорождённых самцов линии А повторно подвергать воздействию большого числа лимфоцитов линии В, то толерантные самцы могут передавать некоторые черты специфической толерантности к антигенам В-ткани своему потомству, полученному от скрещивания с нормальными самками линии А… Положительная передача была непостоянной, проявляясь большой частотой у одного-двух из десяти самцов» [7, с. 153, 154].

Итак, была установлена высокая и достоверная, хотя и неустойчивая, частота наследования приобретённого иммунного свойства: весьма заметная часть потомства воспринимала в качестве своих те белки, которые были инъецированы во младенчестве их отцам.

Неустойчивость частот прекрасно известна всем биологам, поскольку таковы частоты едва ли не всех мутаций. Почти сто лет из книги в книгу кочуют оценки частот порядка 10-7—10-5 на ген на поколение, то есть с разницей в сотни раз. К ним стоит добавить явление, известное как «мода на мутации», когда для данного вида оценка частоты мутаций вдруг подскакивает в десятки раз, чтобы через несколько поколений упасть снова. Это значит, что мы почти никогда не можем сказать, с какой вероятностью мутирует интересующий нас ген: ведь вероятность во всех прикладных науках — это устойчивая от опыта к опыту частота. И тем не менее никто из-за этого не сомневается в реальности мутаций.

С открытием Стила вышло иначе. Сперва его окружал успех, его печатали самые престижные журналы, но вскоре (1980) им заинтересовался Медавар, ставший за четверть века, истекшие со дня его собственного открытия, яростным дарвинистом. (То же произошло тогда почти со всеми биологами, что выразилось в утверждении «центральной догмы» почти без споров.) Его лаборатория повторила опыт Стила и получила, по сути, тот же результат. Однако вывод сделали противоположный: если устойчивой частоты наследования нет, то нет и самого наследования. А что есть? Есть, по Медавару, только случайные мутации (видимо, он отнёс к ним и рекомбинации) генов, кодирующих антитела. Тот факт, что их частоты ещё менее устойчивы и гораздо более низки, во внимание принят не был и даже никому, кажется, в голову не пришёл.

Из данной истории, по-моему, ясно, что Бернету надо было бы в своё время не ставить и снимать кавычки у слова случайность, а исследовать феномен случайности всерьёз. Об этом мы поговорим в части 3.

Медавар потребовал, чтобы Стил прекратил опыты и сменил область деятельности. В 1981 году Стил писал: «Сэр Питер Медавар и его коллеги сообщили мне… что я должен сменить область своих научных интересов и не публиковать ничего на тему сома → зародышевая линия». Спорить с лауреатом было невозможно, Стил вернулся в Австралию, но и там его не хотели брать на работу. Он был глубоко подавлен и, вероятно, пропал бы для науки, если бы в дело не вмешался Философ.

(Продолжение следует.)

СЛОВАРИК К СТАТЬЕ

Антиген — чужеродная молекула, способная вызвать иммунный ответ организма.

Антитело — макромолекула из числа иммуноглобулинов, продуцируемая В-клетками теплокровного организма в качестве иммунного ответа. Каждый тип В-клеток продуцирует только один тип антител, и этот тип способен нейтрализовать только один тип антигенов.

Горизонтальный перенос генов — передача генов от одного организма другому вне процесса полового размножения (вертикального переноса) или в пределах одного организма. Чаще всего происходит через посредство вирусов.

Гуморальный иммунитет — совокупность иммунных реакций организма, связанных не с клетками, а с внеклеточными жидкостями. Таковым является иммунитет растений, а у животных — все реакции врождённого иммунитета, не связанные с работой фагоцитов (например, уничтожение бактерии собственным антибиотиком организма). Иногда к гуморальному иммунитету относят и действие антигенов на антитело, хотя источником последних являются специально для этого производимые В-клетки.

Лимфоциты — клетки, плавающие в лимфе и ответственные за иммунный ответ. К ним относятся, в частности, В-клетки.

Фагоцит — клетка, предназначенная для уничтожения других клеток (как чужеродных, так и собственных) путём их поглощения.
ЮБИЛЕЙ ЛАМАРКА — ДАРВИНА И РЕВОЛЮЦИЯ В ИММУНОЛОГИИ | №2, 2009 год | Журнал "Наука и жизнь"

**stachybotrys** · 10-07-2010, 08:52 AM

Re: интересные статейки..

ЧАСТЬ 2. ИММУНИТЕТ КАК АКТИВНОСТЬ ОРГАНИЗМА

Иммунитет, поразительная способность живого организма противостоять атакам болезнетворных бактерий и вирусов, препятствовать вторжению чужеродных белков, — одна из основ устойчивого развития биологических видов. Рождение иммунологии относят к последней четверти XIX века, когда Луи Пастер в 1876 году получил вакцину против куриной холеры, а следом, в 1883 году, Илья Мечников показал, что борьбу с чужеродными агентами ведут особые клетки — фагоциты. Век XX-й принёс новые, подчас революционные открытия, проливающие свет на природу иммунитета. Специалист по истории естествознания Юрий Викторович Чайковский, не раз выступавший на страницах журнала «Наука и жизнь» со статьями по проблемам эволюции, продолжает рассказ о развитии иммунологии, рассматривая это развитие сквозь призму эволюционных теорий Жана-Батиста Ламарка и Чарльза Дарвина.
9. Поппер и «Демон Ламарка»
Нобелевских лауреатов появляется около десяти в год, а крупных философов — несколько в столетие. Философов, изучавших суть и структуру науки, за всю историю — единицы. К ним относится Карл Поппер (1902—1994). Он родился в Австрии и поначалу там работал, затем уехал в Новую Зеландию и, наконец, с 1946 года обосновался в Англии. Биологи знают его в основном как автора принципа фальсифицируемости (далеко не главного в его зрелом творчестве), по которому нельзя считать научной теорией концепцию, в принципе не допускающую опровержения. В виде примеров ненаучных концепций он приводил марксизм, фрейдизм и дарвинизм, но к последнему испытывал симпатию и использовал его при построении своей концепции развития науки.
Не считая дарвинизм теорией (ввиду невозможности ни доказать его исходные положения, ни опровергнуть), Поппер не видел в нём и эмпирики, то есть обработки опыта. Мы уже говорили, что нет ни одного примера действия естественного отбора как фактора эволюции, но Поппер имел в виду иное — он противопоставлял эмпирике ситуационную логику. Данное понятие (на мой взгляд, ещё более важное, чем фальсифицируемость) означает «объяснение различных процессов в терминах ситуации, в которой они происходят». При этом, как отмечает историк науки Е. А. Аронова, к основным принципам, общим для всего исследования, по мере надобности «добавляется множество методологических принципов, которые может использовать исследователь в той или иной ситуации» [1, с. 78]. Очевидно, что с помощью такой логики можно доказать всё что угодно, и именно это, а не анализ фактов видел Поппер в основе дарвинизма.
О ламаркизме Поппер имел довольно смутное представление, будучи в течение всей жизни уверен, что тот сводится к идее наследования приобретённых свойств (НПС). Она заинтересовала Поппера, когда в 1979 году австралийский исследователь Эдвард Стил прислал ему свою рукопись. Поппера в идее НПС «привлекала “фальсифицируемость”, то есть возможность опровержения (чего нет в дарвинизме)», — пишет иммунолог А. А. Ярилин в предисловии к книге Е. А. Ароновой.
Поппер не был целиком уверен в верности допущений Стила и его выводов, однако решительно встал на его защиту, когда тому пытались запретить работать. Поппер напомнил его гонителям ту постоянно забываемую истину, что наука без свободы поиска теряет смысл. Стила он охарактеризовал как первопроходца, и письмо Поппера руководству Австралийского университета (1984) стало решающим для зачисления Стила в штат университета.
Поппер полагал дарвинизм ущербным, но не видел ему иных альтернатив, кроме «ламаркизма». В 1983 году он беседовал с этологом Конрадом Лоренцом. «Участники беседы сошлись в том, что, если считать эволюцию сочетанием мутаций и отбора, невозможно объяснить возникновение всего многообразия живого… по крайней мере, ввиду недостатка времени». Слова «по крайней мере» весьма важны — на самом деле главное отнюдь не в дефиците времени, а в том, что процесс отбора случайных изменений сам по себе никуда не ведёт, что для эволюции нужен иной направляющий фактор. Он был в этой беседе двух классиков обозначен как некий «сверхчеловеческий разум.., но не Бог» и назван там «Демоном Ламарка» [1, с. 87].
Чтобы понять, что это может означать всерьёз, надо больше узнать о ламаркизме. Для этого вернёмся в Австралию, знаменитую своими иммунологами и их спорами о природе разнообразия иммунных клеток.
10. Каннингэм, Тонегава и «Дарвинов микрокосм»
До отъезда в Канаду Стил работал в Канберре, в лаборатории, которой руководил иммунолог Элистер Каннингэм (A.J. Cunningham). В чисто научном плане он был, на мой взгляд, не ниже Бернета, но уступал ему в умении пропагандировать свои идеи.
Напомню, что Бернет никак не объяснил, откуда берётся огромное разнообразие антител (см. часть 1, п. 6). Это вовсе не помешало успеху его модели и даже утверждению её в учебниках1, однако кое-кого всё-таки беспокоило. Одним из них и был Каннингэм. Он открыл соматический гипермутагенез — процесс очень быстрого изменения гена, кодирующего иммуноглобулин (составной белок, образующий антитело — рис. 1). Этот процесс начинается в организме в ответ на попадание антигена (то есть заразы).
Обычно каждая В-клетка производит один-единственный тип антител. Однако Каннингэм стал следить за отдельным клоном В-клеток и с удивлением обнаружил, что при добавлении нового антигена около 10% потомков клетки-основателя начинают производить также и иные антитела. Если это мутации, то — неимоверно интенсивные. Процесс идёт в миллионы раз быстрее, чем обычный мутагенез, достигая подчас частоты в одну мутацию на каждую тысячу пар мутирующих оснований. Очевидно, что, если бы такая частота относилась ко всем нуклеотидным основаниям гена, он быстро бы распался, но открытый Каннингэмом процесс затрагивает лишь малую долю оснований (рис. 2), причём прекращается столь же быстро, сколь и начался. Это и есть гипермутагенез.
Каннингэм понимал, что тут налицо параллель с эволюцией («эволюционный микрокосм»). В своих публикациях (1974—1977 годов) он настаивал, что развивает взгляды Бернета и не выходит за рамки дарвинизма, ибо мутации в его опытах остаются ненаправленными, но это далеко не всех убеждало. В словах самого Каннингэма: «организм “учится” от своей окружающей среды» [1] — звучал ламаркизм, и многие (в том числе Стил) видели тут именно активный поиск, который ведёт генетическая система организма в ответ на заразу. В самом деле, дальнейшие исследования показали, что в результате гипермутагенеза изменяются как раз те точки молекулы антитела, которые контактируют с антигеном.
Это уже в дарвинизм не укладывалось никак. Хотя желающих и тут его видеть нашлось много, но их рассуждения вряд ли интересны. Суть их всегда одинакова: поскольку всё в природе есть итог отбора случайных вариаций, то во всём, что мы наблюдаем, отбор имел место, достаточно лишь его поискать. Кто должен искать? Тот, кто в этом сомневается, а нам-де и так всё ясно. Это уже не наука, это религия.
Эдвард Стил был одним из немногих, кто прямо заявил, что ссылки на отбор здесь бессодержательны и что нужно искать механизм передачи информации. Так что смысл его столкновения с Медаваром (см. часть 1, п. 8) был отнюдь не в данных опыта (у обоих они были по сути одинаковы), а в том, что Стилу механизм был нужен, тогда как Медавару — нет. И напрасно Стил сокрушался, что «заключения были сделаны до того, как были собраны какие-либо экспериментальные доказательства»2. Ведь и до этого Медавар был известен как ярый гонитель всего, что относил к ламаркизму. Австралийский иммунолог К. Лафферти вспоминал, как ещё в 1970-е годы получил данные, которые «имели ламаркистский привкус, и Медавар к ним приклеил ярлык “интеллектуально неполноценного направления”, не относящегося к рациональной науке» [1, c. 98, 120].
Медавар был крупным иммунологом (о его главном открытии будет речь в части 3), а о реальном ламаркизме сведений не имел. Он уверял, например, что «Ламарк оказал влияние на теоретиков французской революции», хотя учение Ламарка было её детищем (он впервые заговорил об эволюции при Наполеоне) и потому позже оказалось не у дел.
Такое равнодушие к реалиям лишает учёного возможности серьёзного суждения. Получается не наука, а религия, а с верующим спорить нет смысла. Замечу только, что сам Медавар до появления модели Бернета принадлежал именно к тому «неполноценному направлению», которое теперь яростно искоренял. Ярость неофита обычна опять-таки для религии.
Среди многих, занявшихся (под впечатлением работ Каннингэма) проблемой разнообразия иммунных клеток, был молодой японский иммуногенетик Судзуми Тонегава, работавший тогда в Швейцарии, а затем уехавший в США. Он не сомневался в истинности дарвинизма, поэтому отбор не искал, а исследовал саму изменчивость генов, кодирующих иммуноглобулины (антитела). Оказалось, что гипермутагенез — поздняя стадия иммуногенеза, прежде которой каждый такой ген уже должен сформироваться. Он заново собирается в ходе развития каждого организма, когда у плода, а затем у ребёнка формируется иммунная система. Уже после этого идёт гипермутагенез (часто — при вторичной встрече с той же заразой), завершающий точную подгонку антитела к антигену.
Сама сборка гена происходит так. Комбинируются всего три типа генетических блоков — V, D и J. В геноме млекопитающего (как мыши, так и человека) есть около сотни блоков типа V, около 30 блоков типа D и шесть — типа J. Ген изменчивой части тяжёлой цепи каждого антитела (см. рис. 1) собирается из одного V, одного D и одного J-фрагмента (рис. 3). С этой тройки (цепочки) и считывается первый вариант нужного белкового домена антитела (второй вариант получится в ходе гипермутагенеза). Аналогично формируется ген лёгкой цепи, только в нём нет блоков типа D.
Обнаружив это явление, Тонегава решил (а в 1987 году заявил в Нобелевской лекции), что выбор блока для включения в данный ген происходит случайно, что удачная комбинация блоков поддерживается отбором и, стало быть, налицо «Дарвинов микрокосм». Правда, он оговорился, что здесь имеет место «сложная неравномерная случайность», но это никому тогда не было интересно. О случайности мы поговорим в части 3.
Влияние Бернета и Каннингэма очевидно, а вот механизм отбора — отнюдь. Ситуация вполне обычна: если механизм явления понятен, об отборе не вспоминают, а если непонятен, то в ход идёт универсальная отмычка — «под давлением отбора». В следующие 20 лет механизм созревания В-клеток был расшифрован, и его теперь описывают в терминах активного взаимодействия клеток, а не отбора, о чём мы ещё узнаем.
В курсах иммунологии о Тонегаве если теперь и пишут, то мало. Сам Тонегава ушёл работать в коммерческую фирму, а уже позже стало ясно, что он тогда открыл альтернативный сплайсинг, но на уровне не РНК, как обычно, а ДНК. Короче говоря, в основе у Тонегавы оказались никак не случайные вариации, а собственная активность генома, то есть молекулярный ламаркизм.
11. Вентребер и рождение молекулярного ламаркизма
Французский зоолог Поль Вентребер (1867—1966), ведущий ламаркист, сумел за свои 99 лет прожить две научные жизни: до выхода на пенсию (1937) был эмбриологом и стал академиком именно как эмбриолог, а затем стал эволюционистом. Как эмбриолог он был известен своим стремлением понять физиологию зародыша (тогда, как и нынче, развитие зародыша понимали, в основном, как становление формы). Он настаивал на том, что форма частей зародыша (как и форма частей организма) задаётся их функцией. Тем самым он стоял у истоков эмбриофизиологии, которая ещё так и не сложилась поныне.
Вентребер мог бы прямо выйти на эволюционную проблематику через описание изменений в развитии зародышей, но он предпочёл путь, которым не ходил до него, кажется, никто — представил в качестве основного способа эволюции иммуногенез, точнее, выработку антител. Иммунитет, наследственность и эволюцию сопоставляли давно, но то были иммунологи, и они ставили целью понять иммуногенез, взяв за данное какую-то эволюционную концепцию. Вентребер же хотел понять саму эволюцию.
В 1949 году он сделал в Парижской академии наук доклад «Химический ламаркизм», где смело допустил, что у иммуногенеза и эволюции есть что-то общее. Вентребер дал своё понимание мутации, то есть сути молекулярного ламаркизма, предложив следующую схему адаптации организма к новой среде: если какой-то орган перестаёт справляться со своей работой, он вынужден работать в ненормальном режиме, в нём начинается производство какого-то вещества, вредного для организма, и это вещество служит сигналом для поиска адаптации. Вредное вещество он понимал как антиген, а адаптацию — как выработку антитела. Это было весьма оригинально, поскольку о внутренних антигенах тогда не знали ничего.
Теперь все знакомы с таким пониманием запуска адаптации: это концепция, согласно которой её запускает стресс (запускающие вещества именуют стрессорами). Австрийский физиолог Ганс Селье развивал концепцию стресса с 1936 года, но вряд ли Вентребер тогда знал о ней.
Фактически он отождествил стрессоры с антигенами и решил, что иммунный процесс, ими запущенный, ведёт к перестройке того гена, который ответствен за работу данного органа. Здесь легко заметить то понимание работы генетической системы, которое «оперонная регуляция» и было предложено французскими генетиками (Франсуа Жакоб и др., 1960). Как это происходит, Вентребер, разумеется, сказать не мог — тогда, в 1949 году, сами генетики ещё не достигли согласия даже в том, что служит веществом наследственности — ДНК или белок.
Однако Вентребер не только уверенно встал на сторону приверженцев ДНК, но и дал набросок предполагаемого механизма её генетического действия: нуклеиновая кислота, находясь в цитоплазме, как-то узнаёт о строении антигена, а делает это знание наследственным, когда попадает в клеточное ядро. Об этом генетики стали говорить лишь в 1960-е годы.
Эти мысли Вентребер уточнял в докладах и статьях ещё три года, а затем на 10 лет снова замолчал — писал книгу. За это время была расшифрована двуспиральная природа ДНК, поставлена и решена проблема генетического аминокислотного кода и открыт оперон — основной элемент генетической регуляции у бактерий. Однако книга Вентребера «Живое, творец своей эволюции» (1962) оказалась вовсе не архаизмом, но, наоборот, вполне актуальной. Читая книгу, никак не скажешь, что автору 95 лет.
Он теперь уточнил прежние свои мысли: 1) поломка гена ведёт не к адаптивной реакции, а к порче работы организма, к дефициту какой-то функции, и её надо восстановить (в наше время это называют генетическим поиском [2]). 2) Сильное воздействие среды может привести к такому повреждению гена, какое сделает развитие организма по прежнему пути невозможным. Тогда реализуется иной путь, например атавистический (возврат признаков предка). 3) Поэтому мутагенез при сильном дискомфорте особей может не иметь ничего общего с обычно изучаемым мутагенезом и именно тогда приводить к появлению нового вида.
В те годы шло неумеренное увлечение генетикой как основой и даже сутью всей биологии. Вентребер же видел дело иначе: «Ген — продукт протоплазмы. Собранный из ДНК и нуклеопротеина, он ... не что иное, как продукт, сотворённый живым [веществом]. Тем самым он — его делегат в хромосомах, гормональная субстанция, стоящая в резерве и используемая, когда надо» [2].
Данную форму активности живого он трактовал как иммуногенез и видел в этом новое понимание ламаркизма. (Наоборот, понимание ламаркизма как НПС он справедливо считал недоразумением.) Далее мы узнаем, в какой мере Вентребер, видя всюду аналог иммунитета, оказался прав. Он не был иммунологом и угадывал проблематику чисто интуитивно, идя скорее от своей эмбриофизиологии. Однако в те же годы сложилась настоящая экспериментальная эмбриоиммунология, о которой теперь тоже надо немного сказать.
12. Вейсс и Эдельман: морфогенез и иммунитет
Странно, что у эмбриолога Вентребера нет речи о роли иммунных взаимодействий в развитии зародыша, зато об этом в те же годы (1947—1955) писал германо-американский эмбриолог Пауль Вейсс. Он полагал, что взаимодействие поверхностей клеток сходно с взаимодействием антиген-антитело, работая как ключ и замок [3]. Аналогия слаба (таким образом, легко представить взаимодействие пары молекул, но не поверхностей, где различных молекул много), однако она позволила поставить новые вопросы.

К 1960 году, то есть к началу эры молекулярной биологии, было известно, что при развитии зародыша запуск формирования каждого органа сопровождается запуском синтеза определённого вещества (индуктора) и что выявить этот индуктор можно иммунологическим приёмом. Например, если изготовить препараты зародыша головы цыплёнка до и после начала формирования глаза, а затем ввести пробы из этих препаратов в кровь мыши, то у неё образуется много различных антител (ведь тело цыплёнка чуждо телу мыши), причём при второй пробе образуется такое антитело, какого не было при первой пробе. Выделив это вещество, можно индуцировать им запуск формирования глаза в зародыше цыплёнка. Такие вещества назвали антигенами дифференцировки [3, с. 21].
Затем, в конце 1960-х годов, подобный иммунологический приём помог определить те вещества на поверхности клеток, которые позволяют клеткам соединяться с аналогичными (прилипать к ним) и не соединяться с чуждыми клетками. Этим весьма разнообразным веществам позже было дано название МКА — молекулы клеточной адгезии (адгезия — это учёное название для явления прилипания). Они, в противоположность гипотезе Вейсса, притягиваются к таким же, как они сами, то есть работает аналогия с группами по интересам, а не с картинкой «ключ — замок».
Вскоре на МКА обратил внимание Джералд Эдельман, американский биолог, получивший в 1972 году Нобелевскую премию за расшифровку строения антитела (см. рис. 1). Вскоре он стал известен исследованиями взаимодействия клеток многоклеточных организмов и роли этого взаимодействия в развитии зародыша. В 1976 году он и соавторы обнаружили среди МКА группу белков, которые оказались иммуноглобулинами, весьма сходными с иммуноглобулинами антител (некоторые изображены на рис. 4), и сумели вскоре расшифровать их строение. Им удалось показать, что развитие зародыша сопровождается многократными сменами типов МКА на поверхностях его клеток. В итоге родилась концепция, согласно которой весь онтогенез (развитие особи из единственной начальной клетки) запрограммирован последовательностью синтезов МКА. Верна она или нет, неизвестно, но она красива.
Так же, как и антитела, МКА весьма изменчивы, и в 1987 году Эдельман высказал предположение, что система адаптивного иммунитета развилась в эволюции из системы избирательной адгезии. Тут стоит добавить, что избирательная адгезия клеток наблюдается повсюду. Даже колонии бактерий имеют формы, особые для разных видов, что объясняется различием в способах их слипания. Это можно рассматривать и как простейший онтогенез, и как простейший иммунитет (распознавание родственными клетками друг друга). Тем самым иммунология, поначалу служившая эмбриологам лишь инструментом исследований, теперь сама стала их теоретической базой: всё развитие многоклеточных предстало как система смен иммунных предпочтений. Такой подход и можно назвать эмбриоиммунологией.
Всё это было красиво и занимательно, однако оставляло без ответа как минимум два вопроса. Во-первых, чем заполнить эволюционную пропасть между избирательной адгезией, которая есть у всех организмов, начиная с бактерий, и адаптивным иммунитетом, атрибутом теплокровных (звери и птицы)? Во-вторых, какую роль играют на поверхности клетки иные МКА, кроме иммуноглобулинов? Таковых веществ было открыто много. Нетрудно догадаться, что оба ответа последовали вместе.
13. Джаневей и революция в иммунологии
В 1989 году, через два года после появления гипотезы Эдельмана, американский иммунолог Чарльз Джаневей выступил со статьей, вызывающе названной «Эволюция и революция в иммунологии» [4]. Он не оспаривал блестящих достижений иммуногенетики в духе Тонегавы, он просто отметил, что иммунитет ведёт главные бои с заразой на ином фронте.
В самом деле, тот иммунитет, о котором мы говорили до сих пор, — приобретённый, или адаптивный, формируется, как и сам организм, в каждом поколении заново. Он есть только у теплокровных животных, тогда как с заразой успешно борются все — и животные, и растения. Этот всеобщий иммунитет является врождённым (одну его форму, общую для животных, — фагоцитоз — открыл Мечников). Врождённый иммунитет весьма эффективен, однако через сто лет после открытия он оказался почти всеми забыт. Учебники и руководства по иммунологии его едва упоминали (подчас даже именуя «доиммунными формами» сопротивляемости), а то и не поминали вовсе.
Конечно, вдумчивые иммунологи не раз отмечали, что врождённый иммунитет отнюдь не прост и весьма важен, что он тесно связан с адаптивным и даже является основой последнего. Например: «Врождённый иммунитет… позвоночных функционирует не только самостоятельно, но также и как первая и заключительная стадия иммунитета приобретённого» [5]. Теперь, в начале нашего века, это стало ясно большинству. Замечу, что заметка Г. И. Абелева содержала в сжатом виде сводку идей и фактов, составивших вскоре интерес новейшей иммунологии.
Общность явлений врождённого иммунитета у самых разных организмов указывала на возможную общность их механизма. И вот Джаневей высказал предположение, что на поверхности клеток, ответственных за иммунную реакцию (добавлю: у любого организма), расположены «образраспознающие рецепторы» (pattern-recognition receptors — PRR), которые он назвал так потому, что они умеют различать, так сказать, не отдельные тонкости, а самую суть дела — различать классы молекул. Для этого данный PRR должен узнавать ту часть распознаваемой молекулы, которая является общей для всех молекул данного класса.
Так вскоре и оказалось. Например, для стенок бактерий характерны липопептиды — комплексы жирных кислот и пептидов (цепочек из нескольких аминокислот). Один из характерных элементов липопептидов — пара «три-пальмитиновая кислота — цистеин» (аминокислота, содержащая серу и тем самым служащая для скрепления белковых нитей дисульфидными мостиками). Именно эту пару распознаёт один из PRR.
Хотя в 1990-е годы такие данные быстро накапливались и идея Джаневея блестяще подтверждалась, в целом в иммунологии царило пренебрежительное отношение к врождённому иммунитету, так что Джаневею не пришлось дождаться признания — оно пришло лишь через 15 лет. Вообще, это не так уж много — подлинно новые идеи нередко входят в оборот лет через 20 и более, — но Джаневей, увы, в 2003 году умер.
На грани веков данные о врождённом иммунитете пошли косяком, и с 2004 года стали появляться номера журналов, посвящённые его новому пониманию. Первым для меня был № 6 французского журнала «Les Comptes Rendus de l’Académie des Sciences de Paris. Biologies», где я с удивлением прочёл, что «первичная роль врождённой иммунной системы — саморегуляция.., а защитная вторична». Прежде так писали только про иммунитет адаптивный (ту мысль, что главное назначение адаптивного иммунитета — контроль целостности теплокровного организма, высказал ещё Бернет). Но целостностью обладают все организмы, и вот теперь выясняется, что её, вероятно, им обеспечивает иммунитет врождённый.
С 2008 года издаётся международный журнал «Innate Immunity» («Врождённый иммунитет»). Но он пока что носит чисто медицинский характер, и новую теорию надо искать не там.
3. Там сказано, что адаптивный иммунитет теплокровных начинает бороться с заразой через несколько суток после заражения, тогда как начальную реакцию организма на заразу обеспечивает врождённый иммунитет. Он же запускает в работу иммунитет адаптивный, а у тех, кто им не обладает, ведёт всю борьбу сам, с помощью PRR. Они оказались весьма сходными с МКА Эдельмана (ср. рис. 4 и 5), а это значит, что его идею о происхождении иммунитета можно применить ко всем типам организмов.
Самые опасные инфекции губительны именно тем, что рушат врождённую систему иммунитета и тем самым блокируют включение адаптивной системы. Например, недавно выяснено, что чумная бацилла Yersinia pestis своими ядами отравляет популяцию фагоцитов жертвы, так что они теряют способность вырабатывать молекулы, сигнализирующие о заразе, а затем и сами гибнут [7]. Кстати, сдвоенный номер журнала «Immunobiology» (Штутгарт), где помещена эта статья, целиком посвящён врождённому иммунитету.
В упомянутом обзоре [6] впервые чётко проведена та мысль, что два типа иммунитета решают противоположные задачи: задача PRR — общая, а множество задач антител — частные. Все вместе PRR узнают основную массу чужеродных антигенов, обеспечивая тем самым основную иммунную защиту, причём безразличны к антигенам собственного организма. Антитела, наоборот, могут возникать порознь на любые антигены, в том числе на собственные. Поэтому синтез антител необходимо жёстко контролировать, что и делает система врождённого иммунитета.
С пониманием этого иммунология наконец-то получила основной принцип, так что учебники и руководства пора переписывать, что отчасти уже и делается.
14. Революция в эволюции
Для эволюционистов же встала во весь рост проблема и прежде им известная, но мало кому интересная: если врождённый иммунитет столь эффективен, то зачем возник иммунитет адаптивный? Зачем антитела и прочее, если для выживания вида его особям достаточно иметь PRR? Если без сигнала от PRR не может начаться и синтез антител?
В своей проблемной лекции, прочитанной на биофаке МГУ в ноябре 2008 года, А. А. Ярилин задал эти вопросы и ответил: адаптивный иммунитет нужен для иммунной памяти. Это верно, но зачем сама память? Ведь её роль как быстрого ответа (на повторную встречу с той же инфекцией) ничтожна в сравнении с бедами, какие адаптивный иммунитет несёт в форме иммунных болезней. Ясно, что если она нужна, то для чего-то иного.
Первое, что приходит в голову и не раз высказано, — иммунная память есть промежуточное звено между чисто адаптивным иммунитетом, то есть специфическим иммунным ответом на заразу, попавшую в организм впервые, и врождённым иммунитетом. Однако это любопытное допущение было умозрительным, и открытие Джаневея его опровергло: врождённый и адаптивный иммунитеты оказались устроены принципиально различно (на разных молекулах), и решают они разные задачи: первый ищет чужое общее, а второй ищет частности и не всегда умеет отличить своё от чужого. Если код какого-нибудь антитела станет врождённым, это лишь испортит работу иммунной системы — как если на суде обвинитель и защитник объединятся в одном лице.
Не лучше и другие гипотезы. Например, что усложнение иммунной системы нужно для устранения мутантных белков — чем крупнее организм и чем он дольше живёт, тем больше их накапливается и тем сложнее должна быть система их устранения. Гипотезу высказал ещё Бернет (гипотеза иммунного надзора, см. выше), и тогда она имела свой резон, но вскоре был открыт куда более эффективный механизм устранения подобных мутаций — разные типы репарации ДНК. К тому же самые крупные и долговечные организмы (гигантские деревья) ничего подобного иммунитету теплокровных не имеют. У них нет даже фагоцитоза, обычного для всех животных.
Так зачем адаптивный иммунитет? Тут пора вспомнить, что в ламаркизме есть основополагающий принцип, отрицаемый дарвинизмом, — тенденция к усложнению (прогрессу), и попробовать понять его суть.
15. Ламарк и прогресс
«Да сохранит меня небо от Ламаркова нелепого “стремления к прогрессу”», — писал Дарвин в 1844 году, и «небо» в самом деле сохраняло его от этого до самой смерти. Дарвинизм обходит проблему до сих пор, но от прогресса никуда не деться, ибо он в природе наблюдается (в ходе эволюции появляются организмы, более сложно устроенные, чем прежние). Теория должна уметь его объяснять, но в дарвинизме о нём не говорится ничего, кроме уверения, что существует «отбор на более высокую организацию». За этим не стоит никакого реального исследования.
Ламаркизм, наоборот, не уходит от проблемы прогресса, а прямо говорит, что прогресс — явление природы, отличное от приспособления и для своего осмысления требующее введения особого теоретического принципа. Многие поэтому относили ламаркизм к «мистическим учениям», но мистики тут не больше, чем в остальной науке. Ведь всякая наука при своём появлении объявляет какие-то принципы базовыми, а затем время от времени вынуждена их изменять или дополнять.
Например, термодинамика поначалу была основана на двух принципах: первый (как и в остальной физике) — закон сохранения энергии, а второй — закон стремления замкнутой системы, не содержащей источников силовых полей, к тепловому равновесию. Сто лет назад первый принцип пришлось изменить — по Эйнштейну, сохраняется не энергия, а пара масса—энергия. Через полвека пришла очередь и второго принципа: он оказался верен лишь вблизи теплового равновесия, тогда как вдали от него могут самопроизвольно возникать структуры. Простой пример: при слабом нагревании идёт лишь переток тепла от более тёплого тела к менее тёплому, а при сильном может возникнуть пламя — структура, которая будет сама поддерживать себя, пока есть, чему гореть.
Легко видеть и не раз отмечено, что модификация второго принципа открывает путь к объяснению прогресса, понимаемого как усложнение. Выходит, что Ламарк, формулируя 200 лет назад принцип прогресса, вовсе не был мистиком, а всего лишь обогнал физику своих дней лет на 160. Дарвинизм же ориентировался как раз на физику своего времени — недаром Больцман ссылался на Дарвина, а ранние дарвинисты — на Больцмана. Словом, пришла пора сменить старый призыв Дарвина к «небу» на ещё более старый Ламарков принцип прогресса. Именно его, полагаю, имел в виду Лоренц, говоря Попперу про «Демона Ламарка» (что не помешало Попперу до конца дней смешивать ламаркизм и НПС).
Самый простой пример прогресса как усложнения — это самосборка целого из частей. Первый пример самосборки, противоречащий старой термодинамике, указал 90 лет назад К. Э. Циолковский: в замкнутой Вселенной гравитация собрала пыль в звёзды и в планеты, которые, в свою очередь, обзавелись внутренними структурами.
Среди наглядных примеров биологического прогресса часто называют появление клеточного ядра, ткани (компактного множества клеток, предназначенных для определённой функции) и головного мозга. Столь же ясным примером служит и появление адаптивного иммунитета. Ни одно из таких свойств не было необходимо для выживания — ведь многие организмы в тех же условиях обходятся без них. Например, бок о бок могут жить, выполняя одну и ту же экологическую функцию, бактерия (клетка без ядра) и высший организм (гриб или растение). Более того, важное приобретение сплошь и рядом сильно затрудняет жизнь, так что его обладатели надолго становятся малочисленными — так, например, весьма малочисленны были первые четвероногие.
Зато в будущем открывались невиданные горизонты для далёких потомков — обладателей новшеств. Именно так произошло и с ранними четвероногими, и с теми теплокровными, которые освоили адаптивный иммунитет. Подобную оптимизацию путей эволюции физики именуют вариационным принципом, а биологи — преадаптацией.
Если врождённый иммунитет стар, как сама жизнь, то адаптивный иммунитет явно произошёл после врождённого, и можно указать этапы его эволюции. Иммуноглобулины есть уже у низших вторичноротых (иглокожие), а среди позвоночных они появляются впервые у хрящевых рыб. Адаптивная система иммунитета позвоночных, постепенно усложняясь, целиком проявилась только у теплокровных, и естественно допустить, что она связана с теми свойствами, которые более всего отличают их от остальных животных. Это, прежде всего, их интеллект.
Звери в целом умнее птиц, а птицы в целом умнее остальных животных, исключая головоногих моллюсков. Это означает (для всех, даже для тех оригиналов, кто считает, что мы ловим мысли из Космоса), что мозг теплокровных устроен сложнее, чем у других. Как происходит мышление, мы не знаем, но зато знаем, что усиление ума в эволюции означало увеличение числа нервных клеток и связей между ними.
Каждый нейрон (основная клетка нервной системы) связан даже у пиявки с сотнями других нейронов, а у человека таких связей нейрона — сотни тысяч. Связи эти возникают у зародыша путём роста каждого аксона (ответвления нейрона) в нужную сторону. Как он узнаёт, куда расти? Оказывается, он ведёт себя примерно так же, как подвижная клетка иммунной системы, когда она ищет тот орган, где ей следует поселиться. Причём у аксона пиявки видно сходство с врождённым иммунитетом, а у аксона млекопитающего — с адаптивным. Эта разница хорошо описана С. Гилбертом [3, с. 120—122]. Напрашивается мысль, что у каждого организма есть тот тип иммунитета, который нужен для его онтогенеза. Если так, то для эмбриологии, как и для эволюционизма, открываются совсем новые горизонты. Но так ли это?
Словарик к статье

Адаптивный (приобретённый) иммунитет — совокупность иммунных реакций, формирующихся в ходе развития и дальнейшей жизни организма. Полностью представлен у теплокровных животных (птицы и млекопитающие) в форме Т-клеток, борющихся с вирусами, и В-клеток, борющихся с бактериями с помощью антител (см. словарик к части 1). У иных организмов адаптивный иммунитет выражен слабо (например, у насекомых и низших позвоночных) или не выражен вовсе (например, у губок и одноклеточных). Он приводится в действие системой врождённого иммунитета (имеющейся у всех организмов и вступающей в действие сразу по проникновении заразы в организм), причём начинает действовать через несколько суток после заражения, если система врождённого иммунитета не смогла до этого справиться с заразой. Важнейшая черта адаптивного иммунитета — иммунная память, то есть отсутствие или более лёгкая форма заболевания при повторном заражении организма той же инфекцией.

Альтернативный сплайсинг — тот тип сплайсинга, при котором вырезаются не только все интроны, но и некоторые экзоны (кодирующие участки РНК). При таком сплайсинге на одной макромолекуле РНК может быть синтезировано много различных белковых цепочек. Аналогичный процесс на уровне ДНК именуется соматической рекомбинацией.

Клон — потомство, полученное от единственной особи (ею может быть как клетка, так и многоклеточный организм) путем последовательного многократного бесполого размножения.

Репарация ДНК — совокупность внутриклеточных процессов восстановления повреждённой структуры макромолекулы ДНК. В зависимости от типа повреждения и используемого механизма починки, репарация может происходить сразу после повреждения, в процессе репликации (самовоспроизведения двойной цепи) ДНК или же сразу после репликации.

Сплайсинг — процесс удаления из макромолекулы мРНК интронов (некодирующих участков) с последующей сшивкой образовавшегося разрыва в цепочке РНК. Происходит после транскрипции РНК, но до её трансляции, то есть до считывания с неё аминокислотной цепочки.

ЮБИЛЕЙ ЛАМАРКА — ДАРВИНА И РЕВОЛЮЦИЯ В ИММУНОЛОГИИ | №2, 2009 год | Журнал "Наука и жизнь"

**stachybotrys** · 10-07-2010, 08:54 AM

Re: интересные статейки..

ЧАСТЬ 3. ИММУНИТЕТ КАК УПОРЯДОЧЕННОСТЬ

Эволюция, дарвинизм, происхождение видов — слова, знакомые со школьной скамьи. Кажется, что всё устоялось, естественный отбор действует, факторы эволюции — налицо, соперники Дарвина повержены и всё в порядке в доме общей биологии. Но, слава богу, наука не может стоять на месте. Иногда надёжно побеждённые идеи вдруг дают свежие ростки, а в суждениях признанных авторитетов неожиданно находятся слабые места и откровенные прорехи. Книга Чарльза Дарвина о происхождении видов заставила биологов по-новому взглянуть на процессы развития жизни, дала новую пищу для размышлений философам и физикам, химикам и экономистам. Но напомним, понятие эволюции введено было задолго до Дарвина и Ламарка. Их идеи, борясь и дополняя друг друга, до нынешнего времени не потеряли свежести и остроты. Как, впрочем, и любые гениальные идеи в науке.

Итак, в предыдущих главах (см. «Наука и жизнь» №№ 2, 3, 2009 г.) мы рассмотрели поразительное свойство живого организма — иммунитет — как фактор борьбы за существование и как активность организма. Ну что же, продолжим…

17. Вездесущий иммунитет и несовместимость тканей

Иммунитет в какой-то форме есть у всех организмов, даже у бактерий. Например, приспособление бактерий к антибиотикам тоже ведь иммунный акт. Это значит, что друг с другом борются различные иммунитеты и нужно говорить об иммуноэкологии. Во многих отраслях биологии и медицины иммунная сторона дела стала видна отнюдь не сразу. Так получилось, в частности, при объяснении неудачных попыток пересадки тканей и органов от одного организма к другому. Ещё лет 60 назад все полагали, что эти неудачи (отторжение чужих тканей и органов) носят чисто хирургический характер — мол, надо аккуратнее оперировать, и всё получится.

Английский иммунолог Питер Медавар, о котором мы уже много говорили, вошёл в историю науки не столько своим частным успехом, быстро давшим ему Нобелевскую премию (в 1960 году, совместно с Бернетом), сколько своим более давним достижением. А именно, ставя опыты по пересадке органов животным, а также исследуя приживление тканей, пересаженных обожжённым военным лётчикам, он в 1944 году доказал фундаментальный факт — отторжение организмом чужой ткани является следствием работы иммунной системы, и к пересадке пригодны только ткани собственного организма или близкородственного. Лет через 10 американский иммуногенетик Джордж Снелл, исследуя генетику отторжения, ввёл понятие комплекса тканевой совместимости (КТС), или, по-английски, Major Histocompatibility Complex (МНС). Данный комплекс как раз и делает, на мой взгляд, иммунологию такой же основой биологии, как, например, генетика или экология.

КТС – это комплекс белков, кодируемых группой генов, совместно расположенных на одной хромосоме. У человека ныне в данной группе известно 224 гена. Причём гены эти удивительно разнообразны: некоторые имеют по 200 аллелей – ничего подобного у других генов нет [1, с. 69]. Известно, что данные белки ответственны не только за иммунное распознавание, но и за разнообразие рисунков клеточных поверхностей (рис. 1). Последнее необходимо для соединения клеток в ткань при онтогенезе.

Однако связь этих механизмов приносит нам много вреда. Ну, к примеру: чем полезен тот факт, что обладатели разных аллелей КТС по-разному восприимчивы к болезням – причём не только к заразным, но и к раку, аллергии, эпилепсии, диабету? Если дарвинист скажет, что мы наблюдаем здесь незавершённый процесс эволюции (то есть что невыгодные аллели обречены на исчезновение), то будет неправ: наоборот, аллельность генов КТС расширяется — 150 лет назад рак («болезнь трубочистов») и аллергия («сенная лихорадка») были весьма редки и однообразны, а теперь они — бич здравоохранения и проявляются во всё новых и новых формах. Увы, это тоже эволюция, и её надо поскорее понять, а не ссылаться на неисповедимость путей отбора.

Или: чем и кому выгодно, чтобы наши индивидуальные предпочтения (в том числе в половой любви) зависели от аллельного состава генов КТС?

А зачем вообще нужно отторжение? Ведь в природе никаких пересадок тканей не бывает. Очевидно, что отторжение – побочное действие какого-то механизма, зачем-то организму нужного. Его и надо искать.

Медавар и Снелл работали с теплокровными, поэтому установилась традиция видеть в КТС эволюционное достижение высших животных. Однако отторжение чужой ткани имеет место у всех организмов, обладающих тканями, хотя и в разных формах, и в разной степени. Даже губки, самые простые организмы, у которых можно видеть некое подобие тканей, умеют отличать свою «ткань» от чужой: если измельчить несколько губок одного вида и перемешать фрагменты, то они вновь соберутся в полноценных губок, тогда как смесь фрагментов губок различных видов к этому неспособна. У более сложных животных (например, медуз) оказываются несовместимыми уже ткани разных рас одного вида, а у высших организмов, имеющих развитой адаптивный иммунитет, полностью совместимы только ткани однояйцовых близнецов и особей лабораторных животных чистых генетических линий.

У растений вроде бы с совместимостью всё наоборот: ткани близких видов вполне совместимы даже у самых высших форм (у цветковых) — на этом построена прививка, основа плодового садоводства. Однако всё не так просто — растения тоже кое-что распознают: яблоню и грушу можно привить друг к другу или к рябине (одно семейство), но не к липе. А главное, растения тоже способны к индивидуальному распознаванию — все те виды цветковых, которые обладают обязательным перекрёстным опылением, обладают и самонесовместимостью — пыльца данной особи не прорастает на рыльцах той же особи. То есть распознавание «свой — чужой» идёт у них столь же неукоснительно, как и у нас с вами, только с противоположной целью. Самонесовместимость — это как бы толерантность навыворот. Словом, явление несовместимости оказалось одним из самых общих свойств жизни.

18. Самонесовместимость чуть подробнее

Дело, стало быть, не в том, что иммунитет растений слишком прост и чего-то не может, а в том, что растению нет нужды в аппарате отторжения чужой ткани. В самом деле, отторжение мы наблюдаем лишь в лаборатории, в опыте, тогда как в природе чуждые ткани встречаются друг с другом разве лишь в процессе пищеварения, а его у подавляющего большинства растений нет. (Оно есть у хищных растений, и следует предположить, что их иммунитет качественно сложнее, чем у других растений.) В ходе пищеварения чужие вещества разлагаются на весьма мелкие части, теряя свою видоспецифичность, однако этот процесс даёт сбои, так что отдельные не очень мелкие фрагменты — порядка десяти блоков (это или аминокислотные остатки, или нуклеотиды, или углеводы, или жирные кислоты) — могут попадать из зоны пищеварения в иные полости тела. Попадают туда также и целые микробы, и вирусы, а это ведь тоже антигены. Может быть, КТС нужен против них?

Нет, против чужих антигенов успешно борется тот механизм врождённого иммунитета, основанный на образрас- познающих рецепторах (PRR— pattern recognition receptors), который умеет действовать вне системы тканевой совместимости. Зато 224 гена да ещё по 200 аллелей у многих из них наводят на иные мысли. Тут можно ожидать (с учётом гетерозиготности) около 2 млрд комбинаций, а это значит, что рисунки поверхностей клеток могут быть практически неповторимы от человека к человеку. Хотя у каждого человека этот рисунок довольно прост (задаётся не более чем 12 вариантами молекул КТС [2, с. 38]), однако различие поверхностей клеток между разными особями, создаваемое наличием КТС, огромно и сильно затрудняет атаку организма микробами — к каждой особи микробу нужен свой особый подход. Если бы поверхности клеток у всех особей многоклеточных были одинаковы, атаковать их микробам было бы намного легче. То есть КТС действует как защита, как панцирь, как колючки или ядовитость.

Есть и ещё одно (а возможно, и не одно) следствие многоаллельности КТС у людей: идентичными рисунками поверхностей клеток практически обладают только сибсы (родные братья и сёстры). Не этим ли объясняются данные (к сожалению, пока разрозненные) о пониженном половом влечении между братьями и сёстрами? Тоже своего рода самонесовместимость. Попробуем понять общие причины усложнения иммунитета с ростом сложности организмов.

19. Иммунный механизм онтогенеза

В конце части 2 уже была высказана мысль, что у организма есть тот тип иммунитета, который нужен для его онтогенеза. В обоснование было приведено (как мною, так и другими) несколько ярких, но всё же косвенных свидетельств. Прежде всего, это данные о сходстве обоих механизмов: разнообразие молекул клеточной адгезии (МКА), обеспечивающее соединение нужных клеток друг с другом в единую ткань, устроено так же, как разнообразие иммуноглобулинов. Далее, давно известно, что простой иммунитет действительно способен контролировать сравнительно простую целостность. Прекрасный пример приведён ещё в книге Л. С. Берга «Номогенез» (1922): паразитирующие на растениях насекомые откладывают яйца в ткани растений, а те защищаются, окружая чужеродное тело оболочкой — галлом, причём форма галла вполне специфична для растения. На хвойном это — недоразвитая шишка (рис. 2). В такой реакции растения мы видим сразу акт и иммунной защиты, и онтогенеза. Но нужны и примеры более общего характера.

Как ни сложен узор стеклянной губки или цветка орхидеи, эта сложность не идёт ни в какое сравнение со сложностью соединений клеток в головном мозге, где каждый аксон каждого нейрона растёт туда, куда надо, чтобы мозг работал. Разнообразие связей нервных клеток требует соответственного разнообразия МКА. Ещё в 1970 году генетик Сусуму Оно обратил внимание на сходство мозга с иммунной системой: «Каков был механизм, снабдивший геном Homo системой, в которой не было непосредственной необходимости, но которая возникла как бы в предвидении будущих потребностей?.. У позвоночных известна такая система. Речь идёт об иммунной системе, дающей специфичные ответы на огромное количество антигенов, включая и искусственные, созданные в пробирке». Иммунолог Ерне (о нём мы говорили в части 1) в своей нобелевской лекции 1984 года провёл параллель дальше: для него иммунитет — аналог рассудочной деятельности. В обеих системах (мозг и иммунитет) в каждом поколении на основе небольшого числа генов разворачивается необозримое разнообразие свойств. Это значит, что гены задают некое формирующее начало, а не конкретную схему устройства.

Понемногу становится ясно, что рассмотренная выше система КТС годна для контроля почти всего онтогенеза, но как раз кроме формирования нервной системы. Молекулы КТС присутствуют на поверхности почти всех клеток организма, но это разные молекулы, и несут они разные функции. У позвоночных, начиная с костистых рыб, они бывают трёх классов. Молекулы класса I имеются на всех клетках, кроме нейронов и эритроцитов, и служат для контроля состава собственных макромолекул организма. Молекулы класса II представлены лишь на поверхностях некоторых иммунных клеток (например, В-клеток, о которых шла речь в п. 10 части 2) и служат для обнаружения чужеродных антигенов, предназначенных к уничтожению [2]. (Молекулы класса III нужны для запуска отдельных реакций иммунитета, и мы их касаться не будем.) Как видим, класс I осуществляет тот самый иммунный самоконтроль, на который указал когда-то Бернет, и этот класс почему-то не касается нервной системы. А класс II ведёт ту самую борьбу с заразой, которой ограничивалось понимание иммунитета до появления (полвека назад) идеи Бернета.

Обе части КТС заняты тем, что непрерывно прокачивают через себя фрагменты макромолекул с поверхностей клеток, но если цель работы класса II вполне понятна — борьба с заразой, то назначение класса I довольно загадочно — зачем организму ежечасно убеждаться в том, что он состоит сам из себя?

Первая мысль, какая приходит в голову, — таким путём ведётся контроль за перерождением здоровых клеток в раковые. Да, иммунный надзор эффективен против одного типа опухолей, именуемых высокоиммунными, но основная масса опухолей избегает иммунного контроля. Причин этого много, и основная — сбои в работе КТС [1, с. 256—258]. Создаётся даже впечатление, что, не будь система КТС высших организмов столь сложна, не было бы и основных типов рака. А значит, у этой системы должна быть ещё какая-то иная функция. Тут самое время вспомнить, что нас интересует онтогенез.

На вопрос, управляет ли иммунитетом и онтогенезом один и тот же механизм, ответа и ныне дать нельзя, гипотеза остаётся гипотезой. Но в последние годы появились примеры, показывающие, что это в самом деле так. Они, между прочим, объясняют, почему КТС избегает касаться нейронов (а с тем и построения мозга), — нейронами занимается другая белковая система узнавания.

А именно, найдено несколько белков, каждый из которых ответствен как за какой-то этап онтогенеза, так и за какую-нибудь иммунную реакцию. В качестве недавнего примера лучше всего указать на белок DSCAM, который ответствен не только за рост аксонов, но и за иммунитет, причём обнаружен и у человека, и у насекомых отряда двукрылых (дрозофила и малярийный комар). Само название белка1 указывает, что он контролирует нервную систему, а недавно выяснено к тому же, что при повреждении его гена комар теряет часть своего иммунитета — подвергается нашествию микробов, в том числе того самого плазмодия, что вызывает у людей малярию. Выяснено, что в обоих случаях эффект действия DSCAM достигается за счёт чрезвычайной изменчивости данного белка. Её порождает альтернативный сплайсинг — процесс, о котором шла речь в п. 10 части 2. У насекомых DSCAM обеспечивает ещё и некоторую адаптивность иммунитета, похожую на нашу (рис. 3).

Особенно интересна статья «Разнообразие DSCAM существенно для нервной сети и для самораспознавания» [4]. Оказывается, что мутантные мухи, у которых альтернативный сплайсинг выключен и потому синтезируется лишь одна форма DSCAM (испробовано три мутанта, то есть три формы белка), неспособны сформировать работающую нервную систему — концы аксонов крепятся как попало. Единственное, что при этом аксоны делали правильно, — они избегали отростков собственной клетки — проявляли самонесовместимость. Опять мы видим, что она нужна повсюду.

Позвольте, может возразить внимательный читатель, если иммунная система руководит онтогенезом, то почему иногда рождаются вполне сформированные дети, лишённые иммунной защиты и способные жить лишь в стерильных условиях? Ответ известен врачам-иммунологам и, увы, прост: у таких детей иммунитет сформирован почти нормально, он содержит лишь один небольшой дефект: из-за отсутствия одного фермента врождённая система не посылает адаптивной системе того сигнала, который должен запустить процедуру размножения лимфоцитов. Онтогенезом же управляют отнюдь не лимфоциты, а, по всей видимости, рецепторы МКА тканевых клеток.

20. Иммунитет — это эволюционный ограничитель

И Ламарка и Дарвина занимал вопрос: почему в ходе эволюции все низшие формы жизни не превратились в высшие? Нынешняя наука отрицает оба их объяснения — и возможность самопроизвольного зарождения жизни в наше время, и то, что «низшие» просто устроены и потому в простоте живут. Наоборот, одноклеточные имеют подчас самый сложный аппарат клеточного деления, а у низших червей бывают самые сложные ткани и жизненные циклы, какие вообще известны. То есть организмы, низшие в одном смысле, могут быть высшими в другом. Ныне принято объяснять факт наличия низших форм (как бы ни понимать этот термин) тем, что каждая форма жизни вписана в свою экосистему [3]. Так, бактерии являются основой любой экосистемы и выполняют функции, которые проще всего осуществляются именно бактериями, а не организмами с более сложной формой тела.

Стоит заметить, что вопрос Ламарка — Дарвина имеет свою иммунную сторону: если иммунитет полезен, то почему все организмы не обзавелись в ходе эволюции вполне развитым иммунитетом? Пусть рыбы возникли 500 млн лет назад, пусть они остались рыбами в силу экосистемных обстоятельств, но что помешало им за это время (гораздо большее, чем ушло на эволюцию теплокровных) создать такой же развитой иммунитет, как у птиц и зверей? Ведь обзавелись же все многоклеточные одним и тем же (тонкости опускаем) типом клеточного деления, хотя те одноклеточные, от которых они, как принято считать, произошли, делились весьма различно.

Ответ нельзя дать, не вернувшись к бактериям. Важно вспомнить, что между бактериями легко происходит горизонтальный перенос генов, о котором мы говорили в п. 8 части 1. Благодаря ему царство бактерий выступает как генетическое целое. У горизонтального переноса есть одно важное для эволюции следствие: «перенос функциональной информации от высших форм жизни к примитивным практически не происходит (хотя и здесь есть исключения) по причине невозможности «понимания» генетической информации высших организмов геномом низших. Так природа как бы законсервировала мир примитивных форм, создав своеобразную генетическую базу для экспериментов Эволюции», — писала Е. А. Аронова [5].

Она же напомнила о том, что нынче вспоминать неприято — о роли ламаркизма в признании эволюционного значения горизонтального переноса. Сперва она привела слова Г. Буркхардта, американского биографа Ламарка: «Идея о наследовании приобретённых признаков стала известной как ламарковский механизм благодаря чему-то вроде исторической шутки». По Буркхардту, главный у Ламарка творческий фактор эволюции — «внутренняя активность организма» — просто не был понят учёными, он «не был опровергнут экспериментально, он был отвергнут как бесполезная гипотеза».

Далее Аронова напомнила: «Сама схема естественного отбора малых вариаций никогда не была обоснована экспериментально (все её немногочиленные подтверждения касались однократных скачков, как, например, в случае с берёзовой пяденицей2)» — и отметила, что доктрина дарвинизма «предъявляла к ламаркизму гораздо более высокие требования, чем к себе самой». Горизонтальный перенос, как и мутация, происходит случайно (мобильный ген попадает в иной организм очень редко), однако встраивается активно — это своего рода заражение. Нет никакой, даже фантастической, гипотезы, которая бы объясняла пассивное встраивание чужого гена в геном.

У всех организмов есть механизмы ограничения переноса, оберегающие генетическое единство каждого вида. Одним из таких ограничений и выступает иммунитет — ведь он препятствует, кроме всего прочего, проникновению чужих генов. Естественно напрашивается такое объяснение: если бы иммунитет у всех организмов был столь же сложным, как у теплокровных, то эволюция была бы сильно заторможена — за счёт излишнего ограничения потоков информации между организмами. Разве такое объяснение плохое?

Плохое. Тезис «если бы» хорош для пояснения того, что уже известно, но как обоснование причин он никуда не годен, тут он чаще всего — самообман. Вот ещё пример. В отличие от Ламарка и Дарвина мы знаем, что царство бактерий — основа жизни для высших организмов и если бы оно исчезло, жизнь на Земле прекратилась бы. Но одни бактерии породили, как принято считать, высших, а остальные остались бактериями — иначе нас попросту не было бы. Тоже — чем не объяснение? Вполне в духе дарвинизма.

На самом деле надо понять, как и почему древние бактерии, не ведая о нуждах потомков (в том числе и о наших с вами), удержались от того, чтобы всем сплошь обратиться в высшие формы жизни и с тем погибнуть. Ведь гибнут же, бездумно размножаясь, стая саранчи, раковая опухоль или популяция чумной бациллы. Да и мы с вами делаем то же самое — так полагают многие.

О чумной бацилле стоит сказать особо. Зачем ей смертельный яд, губящий «хозяина» (жертву), а с тем и её саму? Как недавно выяснилось, он вовсе не нужен ей самой (её мутанты, лишённые способности производить яд, выживают не хуже, а лучше нормальных) и даже не служит отходом её метаболизма. Он как бы специально сделан для убийства и затем – самоубийства. Каким именно образом чумной яд убивает иммунную систему жертвы, мы уже знаем (см. п. 13 части 2), но зачем?

Древние религии полагали, что чума — кара богов, но сейчас такое объяснение существования чумы вряд ли кого устроит, в том числе верующих. Христианство, например, утверждает, что Бог ничего плохого сам не творит. Может быть, чумной яд творят черти? Нет, они, согласно христианской догме, вообще ничего не творят, они могут только что-то портить.

Но ведь для синтеза яда особый оперон не только создан (сотворён?), но и вписан в иммунитет бациллы — яд её саму не губит. Кем и как это сделано? Тут даже креационисты ничего всерьёз (кроме божьей кары) сказать не могут.

Отбор, даже если допустить его роль, здесь бессилен, ибо обладатели яда гибнут много чаще других бактерий. По этой же причине и ламаркова активность работает здесь ничуть не лучше. Может быть, яд возник случайно? Но нет, эпидемии возникают вновь и вновь, то есть в появлении бактериальных ядов и их успешном распространении есть многократная повторяемость. А где многократная повторяемость, там может работать наука. Но если не дарвинизм и не ламаркизм, то, значит, в эволюции должно быть ещё что-то, о чём мы пока не говорили. Сперва подумаем, какова тут может быть роль случайности.

21. О случайности

Противники Дарвина всегда упрекали его в том, что он преувеличил роль случайности в эволюции, заменив исследование её реальных законов ссылкой на случайность наследственных изменений. Дарвинисты, наоборот, хвалят своего основоположника за то, что тот ввёл в рассмотрение «антислучайный фактор» (отбор) и тем самым указал случайности её место в эволюции. Однако ни те, ни другие не захотели исследовать сам феномен случайности, так что осталось тайной, говорят ли спорщики об одном и том же явлении или о разных. Оказалось — о разных. Более того, сплошь да рядом один и тот же эволюционист использует термин «случайность» в самых различных, порой несовместимых, смыслах. Мы уже видели это у Бернета, в его клонально-селекционной идее (см. часть 1).

Мне пришлось в своё время потратить много времени на выявление разных типов и форм случайных явлений, итогом чего явилась книга «О природе случайности» [6]. Пересказать её содержание здесь никак не удастся, и остаётся лишь сказать несколько самых необходимых фраз.

Случайным именуют то явление, которое имеет различные исходы, то есть может при данных условиях как произойти, так и нет. Всё необозримое разнообразие случайных явлений можно разделить на два класса — имеющих устойчивую частоту появления каждого исхода (её интерпретируют как вероятность данного исхода) и не имеющих. Почти все случайные явления, с которыми наука умеет обращаться, относятся к первому классу (их изучают теория вероятностей и математическая статистика), а почти все биологические (в том числе эволюционные и иммунные) — ко второму.

В частности, выражение «мутация происходит с вероятностью Р» почти никогда смысла не имеет, поскольку у мутаций, как мы уже говорили (п. 8, часть 1), не наблюдается устойчивых частот. И тем меньше смысла у базовой идеи дарвинизма: «самое маловероятное событие когда-нибудь обязательно произойдёт». Причин тому много, и укажу одну: оно имеет смысл только тогда, когда слово «маловероятное» означает событие, происходящее с заданной вероятностью, большей нуля (точнее: большей некоторого числа, большего, чем нуль); а биологи и гуманитарии применяют данное прилагательное в смысле «вряд ли доступное наблюдению», не задумываясь о вероятностях.

Однако математика для явлений второго класса существует, и для нашей цели она весьма полезна. Это — статистика «толстохвостых» распределений. (Если аккуратнее — статистика распределений, в которых дисперсия, то есть мера разброса случайной величины, неограниченно растёт с ростом числа испытаний.) Называют их так потому, что у кривых типа у(х), их описывающих, у очень медленно и нерегулярно стремится к нулю с ростом х.

Такими распределениями наука и техника буквально начинены, но обращать внимание на них в математике не принято. Однако и среди них один класс кое-как описан — это квазигиперболические распределения (рис. 4). Называют их так потому, что самое частое значение случайной величины располагается тут на графике с левого края, а остальные частоты убывают направо, приблизительно как гипербола. Однако эта приблизительная регулярность сохраняется только до середины графика, тогда как правая его часть являет собой болтанку отдельных точек, слабо связанную с гиперболой. Очевидно, что две половины этого графика надо изучать по-разному.

Квазигиперболичны распределения городов по числу жителей, людей — по богатству, двигателей — по мощности, букв — по встречаемости в текстах, учёных — по числу публикаций, родов организмов — по числу входящих в них видов и т.д. Последний пример мне ближе всего, его я и поясню.

Род — понятие, означающее группу близких видов, и вводится оно для описания общих свойств этих видов. Поскольку систематик вводит каждый род по своему усмотрению, то удобно вводить роды так, чтобы в них было не слишком много видов, но и не один вид. Однако так не выходит. Какими бы правилами группировки ни задаться, всегда окажется, что какой-то вид никому не близок и его следует выделить в отдельный род (такова енотовидная собака в семействе псовых отряда хищных), а какие-то виды, наоборот, столь похожи, что в один род приходится помещать сотни видов: например, род Crocedura (белозубки, из семейства землеройковых отряда насекомоядных) включает 149 видов (табл. 1). Бывают роды и по 2 тыс. видов. Систематики не раз пытались это неудобство исправить, объединяя одни роды и дробя другие, но система оказывалась непрактичной и от неё вскоре отказывались.

Замечательна статистика родов. Какую бы крупную группу животных, грибов или растений ни взять, всегда одновидовых родов окажется в ней больше всего, следующим будет число двухвидовых родов, затем — трехвидовых и т.д., пока мы не дойдём до середины графика, где впервые монотонность убывания будет нарушена. Для насекомоядных (см. табл. 1) это нарушение будет в том, что пятивидовых родов нет, но шестивидовые есть. А дальше начнётся самое любопытное: обнаружив, что нет родов по 7, 8 и 9 видов, а затем идут роды по 10, 12 и 13 видов, после чего — опять провал, мы должны бы ожидать, что разнообразие группы близко к исчерпанию, а оказывается наоборот. Впереди ещё 2/3 видов отряда, и свыше половины этого обилия составит один огромный род — упомянутые белозубки.

Похоже ведёт себя отряд рукокрылых (в основном состоящий из летучих мышей), но в нём вдвое больше видов, и первый провал, притом крупный, расположен гораздо дальше — нет родов по 17—45 видов. Отряд вдвое обширнее, и можно ожидать гигантского рода в конце таблицы, а его нет: тут самый большой род вдвое меньше, чем в отряде землеройковых.

«Толстый хвост» выражен в данных распределениях тем, что при у=1 одиночные точки могут уходить по оси х неопределённо далеко и с неопределёнными интервалами между ними. Именно поэтому дисперсия тут растёт с ростом выборки и обычная («гауссова») статистика не работает.

Это выражается, прежде всего, в том, что нет смысла искать средние величины, ибо они совсем неинформативны. Средний рост людей или средний вес яблок полезно знать, поскольку около этих величин группируется основная часть объектов (людей, яблок и т.п.). А вот среднее число видов в роде не говорит ничего: в обоих приведённых примерах оно (43 и 75 видов в роде) приходится на провалы — родов с таким или близким числом видов просто нет. Реальные роды либо много крупнее, либо много мельче средней величины.

И никакой биологической специфики тут нет: таковы почти все квазигиперболические распределения. Например, около 1/3 научных работников не оставляют после себя ни одной публикации, затем следуют оставившие одну-две (это не только рано ушедшие из науки, но и те, кто рано понял, что его стезя — обслуживание исследований). Зато основную массу статей пишет та треть учёных, у которых больше, чем по 30 статей на каждого. Авторов со средним числом публикаций (5—6 за жизнь) очень мало. Среди гигантов печатной продуктивности знаменит математик Леонард Эйлер (около 830 публикаций, в основном посмертных), и я думал, что это близко к пределу возможностей человека, пока не выяснил, готовя статью для энциклопедии, что Л.С. Берг оставил после себя 1002 публикации3.

Вернёмся к иммунологии. Недаром Тонегава оговорился, что там имеет место «сложная неравномерная случайность»: основная часть иммуноглобулиновых генов не мутирует вовсе, доля мутирующих убывает примерно квазигиперболически, причём один из них мутирует втрое чаще основной массы мутирующих (рис. 2 к части 2). Теперь видно, сколь наивен был окрик Медавара, чтобы Стил либо показал регулярность частот (на гораздо более сложном явлении, нежели точковый мутагенез), либо прекратил исследование.

Сейчас, спустя полвека, досадным выглядит тот факт, что хотя квазигиперболическая статистика разработана именно в Англии (основателями этой дисциплины явились ботаник Джон Виллис и математик Гаролд Юл), где жил и работал Медавар, но она осталась вне круга знаний иных учёных. Однако нам важнее понять, как с такой случайностью работать.

22. Материя не только активна, но и упорядоченна

В сказанном выше упорядочивающий смысл видится мне тот, что почти все случайные явления мира укладываются в одну из двух статистик — либо в обычную «гауссову», либо в квазигиперболическую. У этого факта должна быть общая причина, и она уже известна: первой статистике подчиняются те случайные явления, в которых преобладает независимость событий, а второй — те, где события в основном зависимы, точнее, связаны в нежёсткую систему. (Естественно, по мере ослабления зависимости явлений их статистика постепенно переходит от второй к первой, что давно математиками показано [6, с. 264]. Мы такими промежуточными явлениями заниматься не будем.)

Если так, то род не просто набор видов, а элемент системы организмов. Точно так же город — элемент системы расселения народов. В самом деле, хотя Большой Лондон, бывший сто лет назад крупнейшим городом мира (5,6 млн человек), уступил через полвека первенство Нью-Йорку, а теперь занимает 20-е место (имея 8,7 млн человек); хотя система народорасселения изменилась радикально, однако форма квазигиперболы населённости городов осталась той же. Не вырос горб, не изменился тип хвоста и т.п.

Итак, если в опыте обнаружены квазигиперболы, это наводит на мысль о наличии какой-либо нежёсткой системы (некоего единства), которую следует выявить. Для теории эволюции существенно, что «толстый хвост» означает появление в системе всё более и более сложно организованных объектов (или, если так понятнее, — подсистем: ведь виды по родам распределены примерно так же, как роды по семействам и семейства по отрядам). Так же распределены мутации по частотам и многое другое. Этого не могли предвидеть ни Ламарк, ни Дарвин, ни Берг.

Замечу, что в генетике единство (системность), дающее квазигиперболы, прекрасно изучено — это совокупность систем репликации, репарации, рекомбинации ДНК и редактирования РНК. Результирующее изменение нуклеотидного текста, по традиции именуемое мутацией, заведомо должно подчиняться системной статистике. (Ей же подчиняется разнообразие слов в литературных текстах.) Вот почему у мутаций не найдено устойчивых частот. Термин мутация обрёл столько смыслов, что лишь запутывает дело, мешая строить теорию эволюции.

В 1970-х годах на связь квазигипербол с системностью обратил внимание палеоботаник С. В. Мейен. Главное его достижение как теоретика — введение понятия рефрена. Рефрен — это, упрощённо говоря, ряд направленных рядов. Пример направленного ряда приведён в верхней строке табл. 2: в классе костных рыб плавники могут отсутствовать, быть представлены одной слабо развитой парой, одной сильной парой, двумя парами лучевых лопастей, двумя-тремя парами «кистей» (кистепёрые рыбы), планирующим крылом и, наконец, активным крылом (некоторые летающие рыбы). Этот ряд направлен — в том смысле, что вдоль него наблюдается усложнение строения органа. Но аналогичные направленные ряды видны и в остальных строках табл. 2, то есть в других классах позвоночных. Ряд, составленный из этих рядов, и есть рефрен. Через рефрены Мейен пришёл к новому варианту номогенеза.

Каждая квазигипербола тоже направленный ряд, а всепроникающий феномен квазигипербол — это рефрен, один из самых общих в науке. Мейен был уверен, что теория рефренов явится единым методом упорядочения разнообразия явлений (как природы и общества, так и мышления), но, увы, умер в начале этой работы. Нам, оставшимся, приходится продолжать его труд.
ЮБИЛЕЙ ЛАМАРКА — ДАРВИНА И РЕВОЛЮЦИЯ В ИММУНОЛОГИИ | №4, 2009 год | Журнал "Наука и жизнь"

**stachybotrys** · 10-07-2010, 08:55 AM

Re: интересные статейки..

ЧАСТЬ 4. ИММУНИТЕТ КАК ЭКОСИСТЕМА. ЧТО ВОЗЬМЁМ У КЛАССИКОВ?

23. Математика и самоорганизация

Системы, внутри которых связи нежёстки, подчиняются особой, квазигиперболической, статистике, непохожей на обычную, «гауссову». Именно такой системой является иммунитет, но далеко не только он — всё, что способно к самоорганизации, образует нежёсткие системы. Можно даже сказать так: где есть самоорганизация, там жди квазигипербол. И наоборот — где квазигиперболы, там ищи самоорганизацию.

«Дарвину и в голову не могла прийти мысль о существовании самоорганизации — недавно открытого природного свойства, присущего некоторым природным системам», — писал лет двадцать назад американский биокибернетик Стюарт Кауфман [1]. По его мысли, естественному отбору подвергаются не случайные мутации, а цельные системы — итог самоорганизации.

На самом деле об этом говорили давным-давно, ещё при Дарвине, и тогда же поняли, что это вовсе не дарвинизм: если отбор может работать только с готовой системой, значит, данную систему порождает другая сила. Когда её видят в самом организме, в его активности, то это ламаркизм, а когда привлекают какие-либо законы формообразования — это номогенез.

Кауфман этого не знал — на Западе номогенез как явление неизвестен (хотя книга Льва Семёновича Берга «Номогенез, или Эволюция на основе закономерностей» дважды издана на английском языке), там любят говорить лишь про ортогенез (развитие в данном направлении), а ламаркизмом именуют только наследование приобретённых признаков. Когда в 1920-х годах была открыта квазигиперболическая статистика, тогдашние дарвинисты дружно её отвергли на том «основании», что такие же распределения наблюдаются и вне биологии и, «следовательно», к биологии отношения не имеют. Это не было ново: ещё при Дарвине отмечено, что дарвинизм любит описывать подробности, начисто упуская суть явлений. Френсис Дарвин, сын Чарльза Дарвина, печально резюмировал раннюю критику так: «Всё, что получилось, свелось к целой куче подробностей».

Именно в этом направлении Кауфман совершил прорыв — сумел найти нужную для описания самоорганизации математику, общую для всех наук, и приложил её к дарвинизму (который, как уже сказано в начале части 1, в Америке не принято отличать от эволюционной науки как таковой). Что удивительно, Кауфман нашёл способ извлечь феномен самоорганизации из феномена хаоса: он обнаружил самоорганизацию на хвостах квазигипербол. Концепция Кауфмана имела тогда большой успех у биологов.

Основная идея Кауфмана состоит в том, что сложные системы можно поделить на два класса — «газообразные» и «твёрдые», то есть на хаотические и упорядоченные (на «облака» и «часы», как выразился ещё до него Поппер). При этом между классами возможны переходы — система может как обрести жёсткую структуру, так и утратить её. Именно при таком переходе система и может совершить акт эволюции, то есть качественно измениться.

Его модель совершенно абстрактна, она не имитирует никакой биологический объект, а лишь демонстрирует роль необычной случайности. Кауфман привёл компьютерные примеры, показавшие, что система из многих тысяч связанных функционально элементов может быть довольно просто описана. А именно: она может обладать совсем небольшим числом устойчивых состояний. Для этого нужно, чтобы элементы системы были слабо связаны, то есть чтобы каждый имел мало (лучше всего — два) «входов» и примерно столько же «выходов». Но ведь слабая связность как раз и есть основное свойство объектов квазигиперболической статистики.

Подвижка системы от организованности к хаосу или обратно, с точки зрения физика, есть фазовый переход. Точнее, её можно сравнить с возгонкой и осаждением, то есть с прямым переходом твёрдого тела в газ и обратно.

Добавлю, что яркий пример второго процесса даёт осаждение кристаллов льда из воздуха, образующее снежинки в пространстве и морозные узоры на плоскости (стекле окна). И то и другое поражает зрителя своим разнообразием, а разнообразие — один из главных объектов исследования биологии.

Рассмотрим сперва снежинки (рис. 1). Чаще всего они принимают форму плоского дендрита (ветвящейся звезды), который мы в обиходе и называем снежинкой. Никогда не было обнаружено двух одинаковых дендритов. Изредка (при некоторых значениях температуры, влажности и давления) образуются иглы, пластины, пирамиды и прочее. В основе их форм — симметрия кристалла льда. Этот кристалл имеет форму шестигранной призмы, то есть его боковые грани прямоугольны (рис. 2). Поэтому на самом деле обычная снежинка — это очень тонкая призма. При некоторых условиях замерзания получаются более толстые призмы, так что снежинка может принять форму короткой колонны; возможны мелкие изъяны лучей и как бы склеивание двух половинок звёзд (см. «Наука и жизнь» № 12, 2005 г.).

Но если в строении единого кристалла главное — заполнение пространства (замерзание сплошной массы воды даёт сплошную кристаллическую массу льда), то замерзание пара и микрокапелек идёт путём роста кристаллов в почти пустом воздушном пространстве и потому даёт массу отдельных снежинок, каждая из которых устроена по-своему. Мы видим, что хоть они и весьма различны, но поддаются классификации (см. таблицу).

Удивительно, что обычно дендриты имеют примерно одинаковый размер порядка миллиметра. Что мешает снежинке, пока она свободно падает, расти и расти дальше? Конечно, рано или поздно она сломается, но на снежинках нет следов поломки — каждая предстаёт завершённой симметричной формой именно данного конкретного размера. Ещё удивительнее, что эта симметрия одинакова во всех частях снежинки. Если дендриты столь различны и растут в свободном пространстве, то что мешает разным лучам одного дендрита расти по различным законам? Например, иметь один луч ветвящимся, а другой — в виде пластины? Очевидно, что в снежинке, как целостной системе, идёт какой-то процесс самоорганизации, вскоре завершающийся.

То же удивление, только в большем масштабе, возникает при изучении морозных узоров. Морозный узор возникает на внешней плоской опоре, а значит, имеет свободу роста не в трёх, а только в двух измерениях. Он замечателен тем, что являет собой крупную картину, рисуемую неведомой рукой по единому правилу. В этом правиле нет заметной симметрии, зато давно отмечено другое его свойство: каждая картина похожа на какое-нибудь растение.

Полвека назад биолог-теоретик Александр Александрович Любищев провёл у себя в Ульяновске поучительный опыт. Он сфотографировал несколько морозных узоров, показал снимки коллегам и затем писал: «Один из рисунков квалифицированный ботаник принял за фотографию чертополоха, в других — очевидное сходство с ... листьями пальмы, корневищами растения с отходящими от него листьями, подобием мхов и лишайников». Узор формируется не в результате приспособления к среде и не как следствие истории развития, а по законам осаждения твёрдых тел из пара. Аналогично и в живом веществе должны, по Любищеву, играть роль собственные законы образования форм. Их и следует искать. Об этих законах поговорим далее, а пока замечу, что разнообразные снежинки — это различные устойчивые состояния того порядка, который образуется из хаоса (здесь — из охлаждаемого пара), то есть различные формы фазового перехода, по Кауфману.

Кауфман писал: «Хаос, как бы он ни был интересен, — это лишь часть поведения сложных систем. Существует также не поддающееся интуитивному осознанию явление, которое можно было бы назвать антихаосом. Оно выражается в том, что некоторые весьма беспорядочные системы спонтанно “кристаллизуются”, приобретая высокую степень упорядоченности. Я полагаю, что антихаос играет важную роль в биологическом развитии и эволюции».

Антихаосом он назвал феномен устойчивости немногих состояний, а эволюцией — смену таких состояний. Её он усмотрел на грани порядка и хаоса: «Высокохаотичные сети будут настолько беспорядочными, что контролировать их сложное поведение весьма трудно. С другой стороны, высокоупорядоченные сети слишком заморожены, чтобы координировать сложное поведение. Однако по мере того, как замороженные компоненты расплавляются, становится возможной более сложная динамика» и онтогенеза, и эволюции. Нам важно отметить, что в схеме Кауфмана наблюдается конечное число устойчивых вариантов развития и эволюция предстаёт как смена режимов такого развития. В биоэволюции это и называют номогенезом.

24. Номогенез снежинок и организмов

Итак, обычно снежинка имеет почти идеальную 6-гранную или 6-лучевую (редко 3-гранную или 12-лучевую) плоскую симметрию. Тот факт, что каждый луч растёт той же формы, что и его братья, ясно говорит о наличии общей программы развития. В чём она состоит, где и каким кодом записана, каким образом распределяется по шести лучам одинаково? Каким механизмом этот код реализуется в тело снежинки? Ответы мне не известны, однако того факта, что программа есть, вполне достаточно, чтобы обрисовать задачи биологического номогенеза в его нынешнем понимании.

Как показало исследование, на первых стадиях роста снежинки из центра конденсации (на пылинке или микрокапле в атмосфере) возникают структуры всего нескольких типов — игла, столбик, пирамида, пулька и др. Первые стадии развития для всех снежинок типа пластины или дендрита совершенно одинаковы — от «точечного» центра конденсации до призмы (рис. 2). Это очень похоже на ситуацию в биологии: по первым стадиям развития зародыша определить облик будущего организма невозможно — он выявляется только тогда, когда появляются зачатки органов.

Ещё большее сходство с развитием организма являет морозный узор. Картины его тоже неповторимы. Например, на рис. 3 видим нечто вроде снимка заснеженной заросли сорняков на краю огорода. Каждая «ветвь» не просто растёт на десятки сантиметров от своего центра кристаллизации, но и образует «листья» — все одного типа.

Считается, что у организма всё закодировано в его геноме. Но уже известно, что генов для создания наблюдаемого разнообразия никак не хватит. И даже некодирующих участков ДНК не хватит — их число у человека меньше миллиарда, а число одних лишь связей между нейронами — триллион. Это несоответствие приводит в отчаяние, пока не узнаешь, что в снежинках и оконных узорах великолепное огромное разнообразие создаётся вообще без генов.

Следовательно, в каждом из этих случаев работает какой-то механизм, порождающий бесконечно разнообразные большие структуры из однообразных крохотных. Этот механизм известен уже более 30 лет как фрактальный рост. О нём много написано (в частности, см. книгу «Активный связный мир» [2], а также: «Наука и жизнь» № 5, 2001 г.), и здесь скажу одно: фрактальный механизм способен порождать крупные закономерно устроенные формы из микроскопических зародышей таким образом, что малое изменение фракталообразующего правила может вызывать радикальное изменение крупной формы, не нарушающее её единства как целого. Так, ничтожная разница в зародыше из первых молекул воды, налипших на пылинку, ведёт к появлению совсем разных форм снежинки, причём изменение одинаково проявляется на всех её лучах. То же — с морозным узором: из-за ничтожного различия центров конденсации один узор смотрится (по всей его длине!) чертополохом, другой — папоротником, третий — пальмой.

В биологии сходные переключения процесса развития именуются гомеозисом. Суть его в том, что из-за мутации одного гена онтогенез может резко измениться — например, у дрозофилы на месте усика вырастет добавочная ножка или на месте жужжальца — добавочное крылышко. Гомеозис открыт ещё в 1894 году, но подробно его впервые исследовала генетик Е. И. Балкашина, сделавшая, между прочим, в 1928 году важное наблюдение: все четыре известных тогда гомеозисных гена дрозофил сидят рядом, на одном коротком участке третьей хромосомы. Она отметила, что гомеозисная мутация не только порождает уродливый орган, но и видоизменяет другие органы (в наших терминах — как бы меняет фракталообразующее правило), и сделала вывод, что эти гены ответственны за переключение соответственных стадий онтогенеза.

Через полвека молекулярная генетика не только подтвердила догадку Балкашиной, но и выявила поразительную общность гомеозиса: все его гены имеют в начале участок (гомеобокс), почти или совсем одинаковый у самых разных организмов — цветковых растений, червей, мух и позвоночных. Сходны и их функции. Один из таких генов определяет закладку передне-задней оси зародыша (такая ось есть и у листа), другой — закладку головы животных, третий — закладку глаза и т.п. Подумайте: организмы устроены совершенно различно (например, насекомые имеют внешний хитиновый скелет и фасеточный глаз, а позвоночные — внутренний костный скелет и камерный глаз), а управляются одинаковыми генами.

Эмбриологи были поражены, мы можем поразиться вместе с ними, но важнее вспомнить, что через 20 лет такой же сюрприз преподнесла иммунология, обнаружив фундаментальное сходство иммунитетов у совершенно различных организмов (см. часть 2, «Наука и жизнь» № 3, 2009 г.). В частности, у растений и различных животных оказался одинаковым механизм разрушения микробных стенок посредством антимикробных пептидов. «Особенно непонятно, а некоторым учёным кажется даже мистикой, что пептиды… никогда не поражают клетки “хозяина”» (см. О. Белоконева. «Иммунитет в стиле ретро». «Наука и жизнь» № 1, 2004 г.). Равнодушными остались лишь два клана пишущих — креационисты и дарвинисты. Им, де, всё ясно: так сделал Господь (отбор). Не будем следовать им, а задумаемся — понятны ли нам сами основы живого?

25. Три пары рефренов

Не раз отмечено — самые что ни на есть разные жизненные структуры могут обладать удивительным сходством. Вот примеры. 1. Очень похожи глаза (в форме камер с линзами) у позвоночных, головоногих, некоторых пауков и (трудно поверить!) некоторых медуз. Причём у медуз нет мозга, способного принять зрительную информацию, а в чём тогда польза от глаз? 2. Совсем различные механизмы обеспечивают у самых разных организмов адаптивный иммунитет, и польза от него видится многим учёным столь же сомнительной. 3. Совсем различные объекты вдруг начинают безудержно размножаться и вскоре от этого гибнут — таковы стая саранчи, чумная бацилла или раковая опухоль. Пользы им от этого тоже явно нет.

Однако если говорить не о пользе признаков, а о повторности явлений, то положение не выглядит столь уж безнадёжным. Регистрация повторности — первый способ упорядочения разнообразия, вспомним рефрены Мейена (часть 3, п. 22). Повторность — простейшая форма закономерности, а обнаружение закономерности — начало всякой науки. Объяснение приходит позже.

Так, в XIX веке математическая статистика родилась, когда было обнаружено сходство таких случайных величин, в природе которых не видно ничего общего. Например, они обладают устойчивостью средних значений: средний рост людей, средняя продолжительность жизни, средняя смертность от инфаркта, среднегодовая температура и т.д. меняются очень мало. Затем, в ХХ веке, возникла нужда создать две совсем различные статистики: одна — обычная — «гауссова», основанная на теории вероятностей и устойчивости средних значений, а другая — квазигиперболическая, где вероятностей и устойчивых средних величин нет, зато есть системная случайность. Только после этого разграничения статистик удалось выяснить природу различий самих явлений: оказалось, что первой статистикой описываются те явления, где основную роль играет независимость между случайными величинами, а второй — те, где обязательна нежёсткая зависимость величин.

В п. 22 уже сказано, что вторая статистика — это общенаучный рефрен. Теперь добавим: и первая — тоже рефрен, причём такой же общности. Можно сказать, что в статистической науке царит пара рефренов. Аналогично в иммунологии тоже царит пара рефренов. Первый рефрен: у позвоночных, беспозвоночных и высших растений независимо развился сложнейший врождённый иммунитет; второй: у птиц и зверей — ещё более сложный адаптивный иммунитет. Пары рефренов в науке обычны, и поищем третью, нужную нам пару.

Не раз отмечено, что единственный рисунок в «Происхождении видов» — ветвящееся древо, коим Дарвин изобразил воображаемый процесс расхождения признаков, различающих расы. Этот процесс он отождествил с происхождением видов и на этом схему завершил. А его старший друг, геолог Чарльз Лайель, заявил, что таким же образом можно объяснить и происхождение родов. Заявление привело Дарвина в большую радость («как глоток спиртного» — писал он). Никакого примера образования нового вида или рода таким путём Дарвин и Лайель не привели, на что критики конечно же указали. Дальнейшее хорошо известно: в 1866 году германский зоолог Эрнст Геккель изобразил в виде воображаемого древа всю эволюцию — как животных, так и растений — от одноклеточного предка. И доводов вскоре никто уже не спрашивал, поскольку дарвинизм стал аксиомой.

От древа Геккеля все давно отказались, но сам принцип древа господствует (под именем филогенетики). Поскольку древом выглядит и многое другое — схема роста клона клеток (как в онтогенезе и в иммуногенезе, так и в раковой опухоли) и любого роста численности, то неизбежен вопрос: есть ли во всём этом некий общий смысл? Оказывается, есть.

Всякое развитие есть направленный ряд, и, если направленные ряды проявляют существенное сходство, это, как мы уже знаем, рефрен. Как видим, дарвинизм фактически предложил описывать эволюцию тем же рефреном, какой уже успешно работал при описании развития организма путём деления клеток (онтогенеза). Вот откуда пафос клонально-селекционной идеи в иммунологии. И, что важно, естественный отбор тут ни при чём — его иммунологи привлекли позже, когда сочли главным процессом деление иммунных клеток (а не их взаимодействие). Нам осталось понять, где рефрен-древо реален, а где вымышлен (и где, следовательно, должны работать какие-то другие рефрены).

При такой постановке вопроса ответ легко виден: рефрен-древо реален там, где объекты исследования только расходятся, но от него надо отказаться там, где объекты не только расходятся, но и сливаются; иначе говоря — там, где вместо древа мы видим сеть. Слияние очевидно на уровне организмов — в половом процессе и в горизонтальном переносе генов. Труднее увидеть слияние объектов в экологии, но и там оно имеет место: ведь экосистемы развиваются не делением, а проникновением друг в друга. Выходит, что кроме рефрена-древа биологам необходимо рассматривать ещё и рефрен-сеть. Вот искомая третья пара рефренов.

Все три пары сходны в одном: и обыденный опыт, и наука заняты в основном одним членом каждой пары и почти не видят другого, и это сильно мешает как науке, так и практике. Статистика царит «гауссова», иммунология — «адаптивная», биология — «древовидная». Рефрен-древо аккуратно описывает приведённую выше тройку — стаю саранчи, чумную бациллу и раковую опухоль. Кроме этих (и подобных им) объектов рефрен-древо не описывает ничего аккуратно, ибо элемент сети можно обнаружить всюду.

Поняв это, можно перейти к наглядному описанию нынешнего понимания иммунитета — для этого удобно отложить на время аналогию его с эволюцией «по Дарвину» и воспользоваться аналогией иммунитета с экологией.

26. Экология иммунного мира

Если становление иммунной системы в онтогенезе можно выразить в форме нескольких связанных между собой процессов клонального роста, то иммунную систему в действии лучше всего представить как экосистему.

Рассмотрим рис. 4. Как видим, все изображённые иммунные клетки клональным способом производятся из клеток одного типа — стволовых кроветворных. Какую форму примет данная иммунная клетка, зависит от условий: куда она попадёт и в какой момент жизни организма это случится. Наоборот, возникнув и развившись, иммунные клетки действуют совместно, сообразно своему назначению (а не своим наследственным свойствам — они у всех у них одинаковы). Это похоже чем-то на жизнь общества или на экосистему.

Проще всего понять с экологических позиций работу фагоцитов: они пожирают те вещества и клетки, которые опознаны как негодные или вредные. Это опознание ведут две системы: сперва врождённый иммунитет, а затем включается и адаптивный — поэтому идёт оно в две стадии. Их связь обеспечивают некоторые фагоциты (моноциты), выделяя вещества, оповещающие адаптивную систему о проникновении заразы. Это — первый экологический аспект работы иммунитета (внутренний).

Обе системы используют комплекс тканевой совместимости (КТС). Его роль понять труднее, и она не вполне ясна до сих пор (об этом см. часть 3). Во всяком случае, следует отвергнуть прежнее мнение, что он опознаёт неработоспособную молекулу белка с целью её ликвидации, — по коротким фрагментам сделать это невозможно. Они могут нести лишь функцию опознания.

Стоит обратить внимание на то, сколь удивительно (по сути дела) сходство иммунных процессов опознания, протекающих в самых разных клетках, несмотря на то, что различие клеточных органелл и макромолекул, участвующих в опознании, радикально (рис. 5). Такое различие не позволяет вывести эти процессы из общего предшественника — они явно произошли порознь. Сходство их состоит в том, что в каждом из них распознаваемый фрагмент молекулы активно проводится через распознающую клетку, выставляется на её противоположной стороне, где активно используется «Т-хэлпером». Передача сигнала об инфекции похожа на передачу сигнала об опасности между организмами. Подобные формы активности не раз побуждали иммунологов сравнивать КТС со службой безопасности — см. например, высказывание В. А. Черешнева («Наука и жизнь» № 10, 2004 г.).

Внутренний аспект многопланов. Так, похож на работу общества тот факт, что В-клетка (на свойствах В-клеток строил свою концепцию Бернет) активируется, то есть получает способность производить нужный тип антител вовсе не благодаря случайной мутации, а в силу помощи клеток, получивших информацию об антигене. Это — Т-хэлперы, изображённые на рис. 4, и многие другие клетки (рис. 6), участие которых в активации В-клетки доказано (но информационная роль которых в этом процессе ещё далеко не выяснена). Ничто из этого в годы работ Бернета не было известно, так что его увлечение клонами можно понять, но в наши дни ясно, что тайна возникновения специфичности антител существует и скрыта именно во взаимодействии клеток иммунной системы.

Второй экологический аспект — пограничный. В начале части 3 мы говорили, что проникновение микроба в организм сталкивает на границе (кожа, слизистая оболочка, рана) два иммунитета, две активности: микроб пробует проникнуть, жертва пробует не пустить, и оба используют иммунные приёмы.

Третий экологический аспект — внешний. Такова работа обоняния: животное узнаёт КТС-пептиды, исторгнутые из других организмов, обнюхивая их самих и их отходы. Это позволяет решать иммунные по существу задачи — избегать как опасностей, так и инбридинга (родные братья и сёстры пахнут сходно). Замечательно недавнее открытие: обонятельная система использует для своей работы молекулы своего КТС [3].

Четвёртый экологический аспект — общий (или, как теперь любят говорить, системный). Животные питаются, поэтому их иммунитет должен одновременно и бороться с заразой, и обеспечивать сосуществование с нужными ему микробами кишечника, и распознавать чужие молекулы, попавшие туда с пищей. Всякий организм поедается, а значит, для кого-то безвреден.

Недавно оренбургский патофизиолог А. П. Малышкин выступил со смелой гипотезой: как раз противоречие этих задач и есть основной источник заразных болезней, ибо организм обязан уметь поглощать нужные микробы и уметь с ними сосуществовать (в частности, быть пищей) [4]. Малышкин уверен, что патогенность не может быть целью эволюции бактерии, поскольку снижает её выживаемость — обычно популяция бактерий гибнет вместе со своей жертвой (а чумная бацилла гибнет всегда, так как неспособна жить при температуре ниже 36°С). Эта уверенность, как мы знаем, справедлива лишь с позиций дарвинизма и других концепций, видящих в приспособлении единственный приём и единственный итог эволюции. С этих позиций не видно решения загадки происхождения и процветания смертельных инфекций, и Малышкин, сам того не замечая, переходит от принятого им дарвинизма к идеям ламаркизма и номогенеза.

А именно, он признаёт как собственную активность иммунной системы — поглощение нужных микробов, которое осуществляют имеющиеся в слизистых оболочках особые М-клетки (рис. 7), так и её упорядоченность (которую, по существу, рассматривает как рефренную). Он вполне справедливо полагает, что смертельные инфекции не являют собой особого случая, что поэтому теория иммунитета должна быть общей для всех инфекций, а чуму и т.п. надо рассматривать как некую патологию иммунного процесса. Сам же данный процесс у Малышкина — вполне экологический, и, между прочим, эпидемия для него — такой же выход экосистемы из-под контроля, как нашествие саранчи или (в организме) раковая опухоль.

Начал Малышкин с того, что напомнил про таинственный видовой иммунитет. Состоит он в том, что довольно близкие виды могут не болеть болезнями друг друга. Человек и грызуны подвержены чуме, однако человек, собака, свинья, лошадь, корова и баран имеют каждый свою форму чумы. Холерой вообще болеет только человек. Среди бедствий крупных эпидемий всегда находятся люди неболеющие, даже если они тесно общаются с больными, а прежде с данной болезнью не встречались. Всё это навело Малышкина на мысль, что патогенность — побочное свойство микробов. А что главное?

Для него «функцией иммунной системы является не “слепое” уничтожение всего чужеродного…, а стабилизация инфекционного процесса, предотвращение его перехода в инфекционное заболевание». Как это достигается? Тут он обращает внимание на поразительное соответствие бактериальных ядов и тех рецепторов организма, которые призваны их распознавать. Автору ясно, что при этом можно представить себе заболевание как ошибку в иммунном распознавании, но непонятно, откуда берётся сама патогенность, губящая популяцию микроба. Он лишь привёл то соображение, высказанное до него, что яды и метаболиты (нормальные участники обмена веществ) настолько сходны по строению, что «могут вмешиваться в процессы метаболизма».

Мне остаётся напомнить сказанное в п. 25: понимание не всегда может достигаться в терминах приспособления, иногда приходится привлекать феномен повторности (рефрены), о чём, в сущности, и ведёт речь Малышкин. В данном случае суть дела в том, что опаснейшая бацилла Yersinia pestis (возбудитель чумы человека и многих грызунов) имеет общий с остальными десятью видами рода Yersinia (из них девять незаразны для людей) ген YopJ, ответственный за её проникновение в клетку млекопитающего [6]. Поскольку почти ко всем видам рода Yersinia у человека есть видовой иммунитет, его иммунная система легко может здесь ошибиться и пропустить чуму.

Ещё одна загадка видового иммунитета — в ВИЧ-инфекции (СПИД). Пандемия СПИДа радикально отлична от всех предыдущих тем, что она не склонна затухать, а лишь нарастает вот уже четверть века. Эпидемиолог М. В. Супотницкий уверен, что люди потеряли видовой иммунитет к СПИДу и что это — акт экосистемной эволюции, способный убить человечество. «СПИД-пандемия не является отдельной самостоятельной пандемией, вызванной проникновением… вируса. Она “верхушка” более сложного природного явления — эволюционного процесса, который представляется нам в форме инфекционного» [7]. Если так, то понимание эволюционной роли иммунитета — главная и самая срочная задача, важней, по-моему, всех нынешних кризисов.

27. Не будем забывать классиков

Сказанное может создать у читателя впечатление о полном поражении идей Дарвина и блестящей победе идей Ламарка, но это не вполне так. Конечно, основное поле зрения Дарвина (мелкая внутривидовая изменчивость, на которую действует отбор) было слишком узко, так что о собственно эволюции он не смог сказать ничего существенного, и все позднейшие утверждения о наличии у него цельной теории эволюции ни на чём не основаны. Печальная фраза Френсиса Дарвина о «куче подробностей» остаётся в силе, только в описаниях этих подробностей признаки организмов уступили место признакам молекул.

А Ламарк смог сказать для своего времени главное: различил основные формы активности — приспособление и прогресс. Главное потому, что одним приспособлением эволюцию объяснить не удалось — ни тогда, ни позже.

Однако Дарвина забывать отнюдь не следует. Его книги отражают те вечные свойства людского мышления, которые можно усмотреть на всех этапах развития науки, по крайней мере европейской. Одно из них — постоянное обращение к идее отбора. Пусть эволюции путём естественного отбора (путём преимущественного размножения полезных уклонений) никому найти не удалось, но мысль самых различных учёных то и дело возвращается к тому тезису, что ныне живущие организмы чем-то лучше тех, кто вымер.

Этот тезис фактически давно воспринимается сам по себе, без апелляции к размножаемости. Зачинателями такого подхода были замечательные русские учёные С. А. Рачинский, первый переводчик Дарвина, и А. А. Богданов, основатель общей теории систем. Оба применяли термин «подбор», каковой используется и в моей книге [3]. В отличие от естественного отбора (natural selection), подбор (по-латыни — delectus; по-англ. — choice, self-assembling, tektological selection) мыслился и мыслится как итог самоорганизации.

И есть пункт, в котором Дарвин ушёл далеко вперёд от Ламарка, — это вопрос о роли случайности в эволюции. Пусть Дарвин её роль и преувеличил, но Ламарк не увидал её вовсе, а мы теперь знаем, что эволюцию стоит ожидать именно на грани порядка и хаоса (см. п. 23).

Прогресс мы ныне в целом понимаем не по Ламарку (как приближение к человеку), а шире. Как уже было сказано, сложность «низших» организмов может быть намного выше сложности «высших» — смотря как мерить сложность. Например, у низших рачков, именуемых полифемами, половая структура (три пола) и общественное поведение куда сложнее, чем у любых позвоночных (см. Л. Буторина. Сложная жизнь полифема. «Наука и жизнь» № 11, 2007 г.). Зато в пределах подтипа позвоночных понимание прогресса довольно близко к Ламаркову: направление от «низших» к «высшим» известно, никем не оспаривается (рыбы → амфибии → рептилии → птицы → звери → человек) и выражается прежде всего в повышении интеллекта. Естественно искать связи их поумнения с усложнением иммунитета, что выше и было сделано.

До недавнего времени не было сведений о каком-то особом характере иммунитета людей, но Супотницкий обращает внимание на то, что особую роль в эволюции нашего иммунитета играли транспозоны. По-моему, и появление интеллекта тоже следует связывать, кроме иммунитета, с транспозонами, доля которых особенно высока именно в геноме людей. Для обоснования или отвержения этой гипотезы нужны новые исследования.

Как мы видели, кроме ламаркизма в новом эволюционизме велика роль номогенеза — не столько книги самого Берга (она играет примерно ту же роль, что «Философия зоологии» и «Происхождение видов»: её почитают, но не читают), сколько концепции рефренов. Особенно, по-моему, важны такие рефрены, как квазигиперболы и параллели иммунных процессов.

28. Заключение

Итак, на грани веков снова, как и сто лет назад, произошёл прорыв в понимании устройства природы. Теперь это — понимание места иммунитета в биологии, заставляющее строить новую теорию биоэволюции, и понимание места тёмной энергии в космологии, разрушающее привычное понимание роли гравитации (Л. Ксанфомалити. Тёмная энергия. «Наука и жизнь» № 5, 2005 г.). Тёмная энергия — это форма активности (а именно активности физического вакуума), форма, о которой стало известно всего десять лет назад. Последует ли за этим и прорыв в понимании эволюции мира? Ведь понимание макро- и микромира обычно идёт вместе.

Свидетельств иного, нежели принято думать, устройства сил природы накопилось в биологии тоже много. Самое время понять, что активность живого — это целый ряд форм активности материи, что он продолжает тот ряд, который известен из наук о неживой природе. Но если живая материя активна во всём, на всех уровнях, естественно ожидать и её активности на уровне наследственной изменчивости. Однако полтора века царило убеждение, будто на этом и только на этом уровне материя пассивна (способна лишь на случайную болтанку). Теперь такое убеждение — анахронизм: открытия последних лет показали, что как гены, так и участки ДНК между ними изменяются активно по своим законам.

Статья была уже в производстве, когда иммунолог К. А. Лебедев любезно подарил мне свою книгу [8], трактующую иммунитет как экосистему. Он увлечённо описал мне ту невообразимо сложную цепь молекул («каскад»), какая выстраивается для того лишь, чтобы передать в ядро клетки сигнал о запуске синтеза молекул адаптивного иммунитета. Мы оба согласились, что налицо собственная активность генетической системы (добавлю — в смысле Ламарка).
ЮБИЛЕЙ ЛАМАРКА — ДАРВИНА И РЕВОЛЮЦИЯ В ИММУНОЛОГИИ | №5, 2009 год | Журнал "Наука и жизнь"

Announcement

интересные статейки..

Forum Topic List

Comment

Comment

Comment

Comment

Comment

Comment

Comment

Comment

Comment

Comment

Comment

Comment

Comment

Comment

Comment