(По материалам Барбараш А.Н. Основы стереогенетики )

Этой статьёй мы заканчиваем публикацию цикла статей, посвящённых Концепци структурогенеза (КСГ) (цикл из 15 статей).

Что и как управляет морфогенезом? . Или, иными словами, почему у человека именно 5 пальцев на руках и ногах (а не 7 или 3), почему у нас 32 зуба в один ряд (а не в несколько рядов как у акулы), почему печень располагается именно справа, селезенка слева и т.д.? Ответ — в КСГ.

Потребность в процессах структурогенеза, т.е. в волновом управлении работой генома, возникает к моменту начала транскрипции . Поэтому на первых этапах развития зародыша, например, у амфибий — пока не начат синтез собственных информационных РНК (т.е. пока еще используются ранее заготовленные материнские иРНК) — структурогенное волновое поле отсутствует.

Отсутствие волнового поля означает отсутствие у клеток информации об их расположении в структуре зародыша. Это приводит к одинаковому поведению всех клеток, в том числе, к одновременности протекающих процессов и, соответственно, к синхронности деления. Поэтому переход к асинхронному делению свидетельствует о первом всплеске структурогенного волнового поля — о том, что оно взяло бразды правления на себя.

Например, у лягушки Xenoрus laevis первые 12 циклов деления проходят синхронно, а затем внезапно — казалось бы, безо всяких причин — синхронность нарушается, и зародыш переходит к асинхронному делению, характерному для всей последующей жизни. Это и есть пробуждение волнового поля. Если раньше все клетки вели себя одинаково, одновременно проходя стадии клеточного цикла и не выказывая при этом никакой индивидуальности, то после включения волнового поля возникает определенная очередность, последовательность делений, согласованная с расположением конкретных клеток в зародыше. Более индивидуальными становятся и направления осей деления (веретен деления) клеток.

Другими словами, если на стадии синхронного деления все клетки индифферентны к своему расположению в структуре зародыша, то после перехода к асинхронному делению топология их размещения становится важнейшим фактором, определяющим протекающие процессы. Информация о расположении клеток, согласно КСГ, начинает поступать в ядро через химическое волновое поле.

По-видимому, есть сходство между условиями возникновения цепной реакции в массе урана и условиями самовозбуждения химических волн в протоплазме клеток. В обоих случаях для преодоления затухания требуется превышение порога, определяемого количеством и концентрацией реагирующих веществ. Снижение концентрации до некоторой степени компенсируется увеличением количества вещества. Размеры клеток и концентрация веществ в протоплазме для разных биологических видов неодинаковы, что и определяет возникновение структурогенного химического волнового поля у них при разном числе клеток в зародыше.

Условия возникновения волнового поля облегчаются при связи зародыша с материнским организмом, отчего у млекопитающих уже первое деление зиготы сопровождается дифференцировкой клеток, т.е. происходит под управлением волнового поля. Можно сказать, что детеныш млекопитающего получает от матери не только ее хромосомы и питательные вещества, но и первое волновое поле.

Выше отмечалось, что концентрация множества очень активных генов рРНК в центре ядра затрудняет их работу и оправдывается только волновым управлением транскрипцией. Действительно, в ооцитах амфибий, где проблема транспорта веществ из-за больших размеров ядра особенно усложнена, на стадии синхронного деления клеток крупные гены рРНК не сосредоточены в центре ядра, а распределены в тысяче мелких ядрышек вблизи ядерной оболочки. Переход к асинхронному делению сопровождается рядом цитологических перестроек, из которых самая наглядная — появление нормального ядрышка в центре ядра каждой клетки [Белоусов Л. В., 1980].

Перемещение интенсивно окрашенных генов рРНК к центру ядра демонстрирует их реакцию на появление волнового поля. Пока нет волн, гены рРНК активируются химическими агентами и потому могут располагаться в любом месте — позиция вблизи ядерной оболочки наиболее удобна для транспорта молекул из цитоплазмы к генам и обратно. Но едва включается поле, и деление клеток становится асинхронным, как гены рРНК переходят под его управление, в «безадресную» область. Здесь интенсивность расфокусированных колебаний пропорциональна суммарной активности структурных генов, а, значит, согласовывается активность генов рРНК с нужной интенсивностью синтеза рибосом. Мы еще не знаем, что управляет перемещениями рРНК, но уже понятно, почему такие перемещения происходят.

Организмы с клеточными ядрами используют химическое волновое поле не только в ходе формирования своего тела, но и в повседневной жизни — для координации различных биохимических процессов в сложной многоклеточной структуре.

Для выполнения своих функций  кариооптика должна обладать определенной разрешающей способностью с точки зрения аберраций и дифракционного предела. Дифракционный предел здесь определяется расстоянием между центрами масс молекул, колеблющихся в акустическом поле. Основную часть кариоплазмы составляет вода, у которой расстояние между центрами молекул около 0,4нм. Это вполне обеспечивает разрешение отдельных экзонов  генов, спирализованных на нуклеосомах — диаметр нуклеосомы со связанными с ней витками ДНК оценивают в 11нм, а расстояние между нуклеосомами — до 14нм.

Активная зона волнового поля организма и управляемый ею ген располагаются на прямой, проходящей через центр ядра. Поэтому в К-оптике не сказываются внеосевые аберрации — кома, астигматизм, дисторсия, кривизна поля.

Хроматическая аберрация может проявиться лишь в той мере, в какой искажается при движении форма фронта солитона, в какой способны отстать или опередить друг друга отдельные составляющие его спектра Фурье, т.е. синусоидальные волны разных частот. Поскольку подпитка химических волн энергией веществ протоплазмы стабилизирует форму фронта солитона, а длина пробега акустических волн в кариоплазме очень мала, хроматической аберрацией, вероятно, тоже можно пренебречь.

Важной остается лишь сферическая аберрация. Она ведет к тому, что лучи, исходящие из одной точки, проецируются в размытую зону, где основная энергия концентрируется в объеме, напоминающем эллипсоид вращения.

Размеры активных зон химического волнового поля организма различны. К тому же зоны, находящиеся на разном расстоянии от ядра, проецируются в разном масштабе. В итоге акустическое поле ядра содержит и малые, и крупные активные зоны. Вероятно, в одних случаях активная зона охватывает один экзон гена, в других же может захватывать целый ген или несколько генов (например, структурный ген вместе с его генами транспортных РНК).

Для оценки разрешающей способности К-оптики важно, что:

• клеточное ядро, как оптическая система, обладает недостижимой для объективов широкоугольностью — его угол поля зрения охватывает все окружающее пространство
• оболочка ядро одновременно, без наводки на дальность, проецирует активные зоны волнового поля организма на все гены, независимо от глубины их расположения в ядре.

С учетом этих особенностей, как показывают ориентировочные расчеты, разрешающая способность К-оптики оказывается вполне достаточной для избирательного активирования не только отдельных генов, но и их экзонов.

По расчетам, оптимальные скорости структурогенных волн для одноклеточных и много-клеточных эукариот неодинаковы. Для многоклеточных организмов наилучшие условия оптической проекции в ядро создаются при скорости распространения химических волн, превышающей скорость звука в кариоплазме в 2,7-2,8 раза, а для одноклеточных эукариот — в 3,5 раза и выше. Если такие данные подтвердятся, то, поскольку скорость звука в клетке близка к 1,5 км/с, фактические скорости структурогенных химических волн в многоклеточных организмах должны оказаться примерно 4-4,2 км/с, а в одноклеточных — более 5 км/с.

Это связано с тем, что в одноклеточном организме химическое волновое поле ограничено размерами клетки, тогда как у многоклеточного оно охватывает весь организм. Оптимальные масштабы проекции химического волнового поля в ядро, фокусные расстояния (измеренные в радиусах ядра) и скорости волн в этих двух случаях оказываются различными.

Сегодня трудно сказать, одинаков ли химизм структурогенных волн у многоклеточных и одноклеточных, у животных и растений, у теплокровных и холоднокровных и т.д. Не исключено, что разные структурогенные автоволновые процессы имеют одинаковую химическую основу, сохраняющуюся с глубокой древности, а различие скоростей распространения волн обеспечивается, например, видовой специфичностью участвующего в реакции белка.

Структурогенные волны обладают характерными особенностями, способными помочь выяснению их химической природы. Они имеют очень короткий фронт, т.е. малое расстояние между прореагировавшей и непрореагировавшей частями среды при распространении волны в протоплазме. Протяженность фронта волны в направлении ее перемещения, вероятно, много меньше диаметра клеточного ядра и близка к размерам генов. Если бы частицы, инициирующие реакцию, могли проходить в протоплазме значительные расстояния, фронт волны, соответственно, растянулся бы. Малая протяженность фронта говорит об очень коротком пути пробега инициирующих частиц.

Вероятно, частицы, продвигающие волну реакции, могли давно привлечь внимание. Из явлений такого рода, связанных с развивающимися тканями, обращает на себя внимание, прежде всего, открытое А. Г. Гурвичем слабое ультрафиолетовое излучение, которое он назвал митогенетическим. Их источником является каждая живая эукариотическая клетка, причем интенсивность излучения возрастает в период клеточного деления. Характерно, что ультрафиолетовое излучение очень сильно поглощается биологическими тканями (испытывает высокое затухание), что говорит о малых длинах траекторий квантов в протоплазме и совпадает с представлениями о коротком переднем фронте структурогенной химической волны.

Высокую скорость распространения химической волны и короткий путь пробега частицы, кроме квантов ультрафиолета, могли бы обусловить и другие участники химических реакций, например, электроны или протоны. Разные кандидаты на роль фактора распространения волн долгое время выглядели приблизительно равноценно, хотя замеченная А. Г. Гурвичем связь митогенетического излучения с процессами развития все-таки давала УФ-излучению определенный перевес. События последнего десятилетия более ощутимо склонили чашу весов в пользу ультрафиолета. Сотрудник Международного института биофизики в городе Нойсе (ФРГ) Фриц Альберт Попп, используя новейшую технику эксперимента, расширил исследования митогенетического (по его терминологии — биофотонного) излучения, и обнаружил в нем признаки когерентности.

Здесь перед нами явно принципиально новый, ранее не известный механизм возникновения когерентности. Сами по себе химические реакции не дают когерентного излучения. Свет свечи, газовой горелки или костра некогерентен. Превратить некогерентное излучение в когерентное, по-видимому, тоже невозможно — когерентность возникает лишь в момент генерирования фотонов. До сих пор был известен только один способ получения когерентного излучения — размещение активной среды между зеркалами резонатора (интерферометра). Но в клетках организмов зеркал нет. Здесь остается место только для одного механизма синхронизации вспышек элементарных излучателей, объясняющего когерентность. Только перемещение фронта волны химических реакций может создать синфазность молекулярных процессов и генерирования фотонов.

Поскольку другого объяснения когерентности УФ-излучения в данном случае найти не удается, она сама становится весомым доказательством существования в клетках химических волн, а связь этого излучения с процессами развития подтверждает главные положения КСГ.

При регистрации этого излучения системой типа сверхскоростной кинокамеры, вероятно, можно было бы увидеть картину распространения структурогенных волн. Трудность — в противоречивых требованиях к такой системе. Она должна одновременно обладать очень высокой чувствительностью (из-за сильного поглощения лучей биологическими тканями) и высокой временнóй разрешающей способностью (из-за быстрого распространения волн).

Некоторые числовые параметры структурогенных волн будут приведены в других материалах. Там же будут отмечены признаки участия в реакции крупных молекул, снижающих стерический фактор  реакции. Все это может стать ориентиром при раскрытии химической сущности волн. Структурогенные химические волны, вероятно, являются интегральным выражением нескольких химических процессов, и описываются несколькими строками химических формул. Свойства волн — генерирование УФ-квантов, инициирование реакции УФ-квантами, низкий стерический фактор, различные скорости волн для одноклеточных и много-клеточных и т.д. — могут определяться разными звеньями реакции.

Разные биологические виды, как указано, отличаются друг от друга по «критической массе» протоплазмы клеток зародыша, нужной для возникновения структурогенного химического волнового поля. Исследуя протоплазму клеток разных биологических видов, вероятно, можно выяснить, концентрация каких именно веществ влияет на величину «критической массы» и, следовательно, имеет отношение к генерированию таких волн.

Похоже, что в основе структурогенных химических волн лежат широко распространенные, давно известные биохимические процессы. Не исключено, что эти процессы отсутствуют или иначе протекают у прокариот. Некоторые признаки указывают, что они, возможно, более ярко выражены в цереброспинальной жидкости.

Появление волнового управления транскрипцией стало принципиальным отличием эукариот от прокариот. Оно позволило эукариотам накапливать резерв неиспользуемых в данный момент клеткой («репрессированных») генов, что кардинально развело пути эволюции прокариот и эукариот, создало пропасть между скоростями и конечными возможностями их эволюции. Возникновение множества видов крупных многоклеточных организмов, всей наблюдаемой нами живой природы — стало реализацией одной из потенций нового способа управления геномом.