Космический атомизм

Звезды – хаотично рассеянные небесные тела, светящиеся точки, состоящие из распыленных газов, включающих в себя все известные элементарные частицы; отличаются друг от друга по плотности, размерам, количеству излучаемой энергии, возникающей в результате ядерных реакций; звезды бывают двойными, тройными. Основная масса нормальных гомогенных звезд относится к так называемой главной последовательности. Звезды рождаются, развиваются, стареют и умирают. Они могут развиваться по отдельности, автономно, либо совместно с другими звездами.

Звездные скопления – физически связанные и имеющие общее происхождение группы звезд, находящихся в пространстве близко друг к другу; делятся на шаровые и рассеянные, открытые.

Галактики – гигантские, сильно сплюснутые звездные системы, состоящие из огромного количества (1011) динамически связанных звезд различных типов, звездных скоплений, атомов и элементарных частиц. Галактики – связанные гравитационные объекты – расположены в пространстве более тесно, чем звезды внутри них, они тоже образуют устойчивые, стабильные скопления – группировки различной степени сложности. Галактики разнообразны по форме (спиралевидные, эллиптические, неправильные), внешне выглядят крайне неупорядоченными и комковатыми, как и атомы, способны притягиваться друг к другу. У галактик есть активное ядро, состоящее из отдельных звезд и, возможно, выступающее как источник вещества или представляющее собой особую, пока еще не вполне понятную структуру материи. Предполагается, что в центре галактических ядер находятся “черные дыры”.

Метагалактика – космическая система более высокого типа, галактика галактик, огромная совокупность звездных систем, представляющая собой наблюдаемое, конечное и преходящее структурное образование во Вселенной.

Ячейки и войды (пустота) – реальные и самые крупные по размерам системы во Вселенной. Внутри себя ячейки пусты, в них галактик нет, последние собраны в ”стенках”.

Вселенная (космос) – весь мир, доступный для наблюдений. Вселенная бесструктурна, в ней много невидимого вещества, и плотность вещества приближается к критической. Вселенная одинакова во всех точках пространства и во всех направлениях, но несмотря на это в ней есть неоднородности. Это – звезды и галактики, ячеисто-сетчатые структуры, образовавшиеся в результате различий в плотности в разных областях Вселенной. Предполагается: либо Вселенная бесконечна в пространстве, либо существует множество параллельных вселенных. Хаотических и беспорядочных состояний Вселенной больше, чем гладких и упорядоченных. Вселенная эволюционирует – она расширяется с ускорением. Атомистическое строение Вселенной говорит о невозможности ее перехода в состояние термодинамического (статистического) равновесия.

Генетический атомизм.

Основу генетического полиатомизма составляют нуклеотиды . Плавающие в протоплазматической среде в огромном числе в хаотическом беспорядке, нуклеотиды представляют собой химические тела, не имеющие генетических свойств. Эти свойства они приобретают только в ходе физико-химических преобразований. Подобно тому, как элементарные частицы рождаются, распадаются и взаимопревращаются, так и химические нуклеотиды, соприкоснувшись с каталитической матрицей, рождаются как генетические нуклеотиды, как носители генного поля, но вместе с тем аннигилируют как химические молекулы. В этом процессе каждому матричному, генетическому нуклеотиду соответствует один химический нуклеотид. Без участия генного поля, кооперативного и когерентного эффекта прямой спонтанный переход нуклеотидов из хаотического химического состояния в упорядоченное генетическое невозможен. Такой хим>ген переход можно рассматривать как классический пример самоорганизации материи – процесса, который, как известно, идет за счет внутренней полезной работы и направлен против равновесия, т.е. способствует переходу системы от более хаотического состояния к более упорядоченному. Образование в ходе аутокатализа нового поколения генов, таким образом, есть не что иное как антиэнтропийный процесс. В моменты генного дублирования (или в терминах молекулярной генетики репликация ДНК) хромосома изменяет свое состояние, она становится неустойчивой и открытой. Генетическая материализация нуклеотидов (а затем и аминокислот) не сопровождается изменениями их собственной (общей) массы, хотя внутренняя энергия, возможно, приобретает новую форму – генетическую. Другими словами, квантовый процесс рождения генетических нуклеотидов в аутокатализе сопровождается потерей исходного химического состояния нуклеотидов. Квантовый переход химических нуклеотидов при их физико-химическом взаимодействии с матричными нуклеотидами в устойчивые и упорядоченные генетические структуры напоминает рождение гамма-квантов при взаимодействии частиц высоких энергий с веществом, например, в термоядерных реакциях, реакциях синтеза атомных ядер при температурах более 10 млн. градусов, а такие процессы, как известно, лежат в основе “жизнедеятельности” звезд и ядерных галактик, а также происходят при звездных вспышках и во время взрывов галактик. С другой стороны, порвав валентные связи с соседними нуклеотидами и покинув генную структуру, нуклеотиды теряют статус генетических тел и вновь приобретают свойства свободных химических нуклеотидов, деградирующих в протоплазме (Рапопорт, 1991). Аналогичную ситуацию можно наблюдать в физическом микромире при ядерных процессах, когда, например, свободный нейтрон испытывает бета-распад. Генетические нуклеотиды, интегрированные в триплеты и гены, способны к скачкообразным мутационным превращениям. Если в процессе генного дублирования (репликации ДНК) произойдет ошибка на уровне одного нуклеотида, то может измениться информационное содержание гена. При этом от прибавления, убавления или замены нуклеотида устойчивость генетической системы может не нарушаться.

Триплет (синоним кодон) – генетическая компонента, состоящая из трех смежных нуклеотидов. Один триплет соответствует одной аминокислоте или терминирующему сигналу. Однако несмотря на то что природа генетического кода триплетна, для кодирования какой-то одной канонической аминокислоты важны только два первых триплетных нуклеотида (дублет), тогда как нуклеотид, занимающий третью позицию в кодоновой единице, генетически нейтральный, т.е. он может быть любым . Квантовомеханическим эквивалентом триплета является атомное ядро, состоящее из двух фундаментальных фермионовых частиц – положительного протона и нейтрального нейтрона, а также обменной бозоновой частицы – пи-мезона, принадлежащего ядерному полю. Пока пи-мезон находится “в дороге” от протона к нейтрону или от нейтрона к протону, мы можем говорить о триплетной организации атомного ядра. Как в атоме или кристалле не могут быть двух электронов в одном и том же квантовом состоянии, так и в гене не может быть по соседству двух одинаковых триплетов. Еще одна деталь подобия между генетическим триплетом и атомным ядром обращает на себя внимание. Так, чтобы изменить свойство гена, кодирующего полипептидную цепь, достаточно изменить смысл одного генетического триплета путем мутаций типа замены нуклеотида (основания) или сдвига рамки считывания. Аналогичным образом изменение химических свойств атома достигается изменением структуры нуклона путем бомбардировки его, например, альфа-частицами.

Экзоны-интроны . Генная структура, кодирующая белки, имеет прерывистое, “разорванное” строение, состоящее из разных частей. Тех, чьи элементарные генетические единицы – нуклеотиды и триплеты – сохраняются после транскрипции в зрелой иРНК и чья генетическая информация полностью используется в процессе трансляции и тех, чьи нуклеотидные последовательности вырезаются и удаляются из первичного транскрипта вскоре после его образования на каталитической матрице гена. Первые были названы экзонами, вторые – интронами. “Вырезание” второй половины гена, или так называемый эффект интронных потерь называется сплайсингом. После сплайсинга экзоны сшиваются в новом порядке. Только после этого иРНК выходит в протоплазматическую среду, где, соединяясь с рибосомной матрицей, участвует в синтезе белков и ферментов, необходимых для построения клеточных структур и обмена веществ. Таким образом, генетическая информация интронов не реализуется или, возможно, используется весьма специфически. Существование интронов в генной структуре ставит в тупик генетиков. Их роль пока не понята. Интроны – генетический энтропийный балласт или нечто важное? Быть может, интроны являются своеобразным резервом, который необходим для перегруппировки триплетов экзонов в случае потери последними нуклеотидных единиц или интронные, некодирующие участки различной длины (от 60 до 100000 нуклеотидов, причем в одном гене может содержаться до 50 интронов), расставленные в генах между экзонами, увеличивают пластичность генной структуры, упорядочивают и стабилизируют ее. Не исключена возможность участия интронов, как самостоятельных генетических модулей, в синтетических процессах. И все это могло быть выработано эволюционными правилами. Как бы там ни было открытие экзон-интронной организации гена привело к обогащению генетической системы еще одним субатомизмом.

Ген – дискретная упорядоченная структурная единица наследственной информации, зашифрованной в виде последовательности нуклеотидов, связанных между собой ковалентными связями. Ген, по образному выражению Шредингера, это атом наследственности. Действительно, генная единица, как и физический атом, представляет собой качественно новую, сложную, дискретную систему, обладающую индивидуальностью и вместе с тем изменчивую, способную к превращениям, взаимодействиям. Подобно тому, как атом, состоящий из множества физических микрообъектов, неделим в химических реакциях, так и ген, имеющий сложное химико- физическое и микрофизическое строение, с функциональной точки зрения рассматривается генетиками как неделимое целое. Докинз (1993) пишет, что ген – единица, приближенная к идеалу, наделенному корпускулярностью, и благодаря корпускулярности (как и атом) ген не стареет, но может с одинаковой вероятностью умереть как в возрасте 1млн. лет или 100 лет; просто он вовремя перескакивает из одного тела в другое, прежде чем это тело состарится и умрет. Ген, как и физический атом, может находиться только в определенных дискретных энергетических (аллельных) состояниях; мутационный переход из одного квантового состояния Еген1 в другое квантовое состояние с меньшей энергией Еген2 сопровождается изменением в фенотипическом спектре. Дискретная картина генов в хромосоме становится непрерывной, сплошной. Точно так, как есть атомы, вовсе не состоящие из электронов, а только из одного ядра, так и есть гены, не содержащие интроны и состоящие только из экзонов.

Хромосома – структурный элемент ядер, надмолекулярное дискретное образование, состоящее из ДНК и основных ядерных белков, или гистонов (1:1), а также из некоторых других минорных компонентов – кислых белков, РНК, липидов, металлов. Очень возможно, что в пограничном слое между ДНК и белками происходят явления (на физико-химическом уровне), которые не свойственны ни ДНК, ни белкам по отдельности. Если кристаллы – это организованные атомы, то хромосомы – это организованные гены. Говоря образно, хромосома – это “тележка” для генов. Каждая хромосома может вмещать в себя от нескольких десятков до сотен тысяч генных единиц. Хромосома воспроизводит полную свою копию, фиксирует в себе все изменения и равномерно распределяет генетический материал в процессах клеточных делений (Лобашев, 1965).

• Хромосомная мутация – это структурное возмущение, приводящее к разрыву связности хромосомной нити.

• Нуклеотиды , триплеты, гены, объединяясь в большие хромосомные комплексы, противостоят термодинамическим атакам, которые пытаются их дезорганизовать и разрушить.

• Геном – генетическое содержание гаплоидного набора хромосом. Различные участки генома обладают различной степенью устойчивости к мутагенным возмущениям.

• Фенотип – образ, составленный из дискретных элементов, определенно расположенных в пространстве и развертывающихся во времени. (Шмальгаузен, 1968).

• Генетический субстрат, возникший из химии и физики (физическая дискретность > молекулярная непрерывность > генетический полиатомизм), и есть та часть всеобщей материи, которая порождает биологические объекты-явления-процессы.

Биологический атомизм – великая суперсистема, объединенная классической иерархической дискретностью частей живой материи. Элементарной единицей атомного строения биологического мира является клетка – индивидуум первого порядка без органов, но с органоидами (органеллами), простейшая живая система, до некоторой степени ведущая самостоятельную жизнь. Клетки обмениваются информацией с помощью химических и физических носителей. В результате частых клеточных делений из простой клетки образуются ассоциации, системы многочисленных однородных клеток, формирующих новый структурный уровень – ткани-органы . Последние представляют собой системы с жестко разделенными функциями. Законы наследственности и развития сплавляют ткани и органы в централизованное единство – организм (индивидуум) . Живой организм – это самостоятельный и дискретный носитель информации, наиболее высокоорганизованная и целостная система, обладающая своими каналами связи с внешней средой (дыхание, питание, выделение, органы чувств, железы), находящейся под контролем самого организма, являющегося пассивным объектом отбора (Шмальгаузен, 1968). Следующий уровень биологической организации – популяция – форма существования вида как живой материи, надындивидуальная система, представляющая собой совокупность организмов (индивидуумов) одного вида, связанных общностью происхождения и жизненных потребностей, половыми связями, обменивающихся генетической информацией, способных поддерживать свою численность в оптимальных размерах при изменяющихся условиях среды (Шмальгаузен, 1968, Банников, Рустамов, 1977). Выдающийся советский биолог- эволюционист И.И.Шмальгаузен пишет: “Энтропия популяции остается высокой. Популяция – мало организованная биологическая система, и этот низкий уровень организации, т.е. некоторый беспорядок и неопределенность, поддерживается действием стабилизирующего отбора. Этим самым поддерживается высокая эволюционная пластичность популяции. Популяция воздействует на биогеоценоз, в состав которого она входит, через активность своих особей”. Следующую, более высокую ступень развития в иерархической лестнице живой материи занимает биогеоценоз – эволюционно сложившаяся, пространственно ограниченная, длительно самоподдерживающаяся сложная природная система; однотипное растительное сообщество вместе с населяющим его консолидированным животным миром, включая микроорганизмов, с соответствующим участком земной поверхности, с особыми свойствами микроклимата, геологического строения, почвы и водного режима. В биогеоценозах устанавливаются разнообразные, сложные, многоступенчатые связи между организмами – пищевые, симбиотические, конкурентные, обеспечивающие стабильность и целостность в развитии биогеоценозов. Между биогеоценозами, как и между клетками, тканями и органами в организме, существует мощная вещественно-энергетическая связь (см. Реймерс, 1991, Банников, Рустамов, 1977). В ряду биологических субатомизмов высший иерархический ранг имеет биосфера . Биосфера – единственная область на Земле, где находятся все организмы, она представляет собой сложную динамическую систему, осуществляющую улавливание, накопление и перенос энергии путем обмена вещества между живыми существами и окружающей их абиогенной средой; устойчивость биосферы определяется во многом тем, что она слагается из сложной системы относительно независимых биогеоценозов (см. Вернадский, 1994, Шмальгаузен, 1968).

Биологический атомизм опирается на физическую и генетическую прерывности, то есть включает в себя их “элементарные” структуры – валентные электроны, атомы, молекулы, системы молекул, одинаковые как для неорганического, так и для органического мира, а также гены и хромосомы. И хотя в основе теорий биологических систем лежат генетические законы (в природе нет ни одной биологической формы, свободной от генов и хромосом), в живом мире существуют свои закономерности, взаимодействия, которые мы не встретим ни в мертвой природе, ни в генетической формации. При этом хорошо известно, что высота биологической организации не измеряется числом генов или числом хромосом. Да, генетика породила биологию, но биология наделена собственным положением, оригинальностью и свободами (Рапопорт,1993).

Современная теория развития говорит о том, что биологический мир в отличие от неживой природы более дифференцирован, богат, многообразен и пластичен. Число биологических признаков не уступает числу атомов во всей Вселенной. Только биологический мир – но никак не генетический уровень, закрытый, и свободный от собственного обмена веществ – способен напрямую взаимодействовать с внешней окружающей средой, извлекать и накапливать информацию, энергию, вещества.

В классическом понимании биологическая эволюция – это исторический процесс образования новых органических форм путем Естественного отбора, открытого Ч.Дарвином в природе. В современной интерпретации, предложенной И.А.Рапопортом, эволюция – это непрерывно растущая упорядоченность биологических объектов, бросающих вызов принципу мировой энтропии. Естественный отбор представляет собой процесс, в котором каким-то мистическим образом все особи, организмы, не обладающие полезными для них особенностями, обречены на полное истребление. На самом деле деятельность Естественного отбора очень сложна. Она требует,- пишет И.А.Рапопорт,- сопряжения трех положительных и двух отрицательных операторов.