ВЕТВЯЩАЯСЯ БИОСФЕРА (albercul) wrote,
ВЕТВЯЩАЯСЯ БИОСФЕРА
albercul

9. Фрактальная геометрия природы: нить


Линейный порядок в природе и в жизни человека

Несмотря на множество научных определений, дефиниций и формулировок раз­ного рода мы не знаем до сих пор, что такое жизнь в сущностном плане. Как и не знаем, где, когда и при каких обстоятельствах (на Земле или еще где-то) она впервые возникла. Но у нас есть достаточные основания считать, что первым шагом, сделанным Природой (по завершении химической эволюции Вселенной) в направлении биосинтеза (или, как говорят еще, биопоэза), явилась линейная организа­ция некоторых идентичных микрообразований на молеку­лярном уровне (в отличие от господствующей всюду трехмерной кристалли­ческой решетки).

Почему так, а не иначе? И потом - какая властная сила всегда влекла человека к линейному построению?

    очередь

Живая очередь

1. Счастливая находка цивилизации

В многовековой человеческой практике (в разные времена, по разному поводу, осознанно и бессознательно, а подчас и независимо друг от друга) воз­никали различные техничес­кие решения, которые настой­чиво повторяли в той или иной форме линейный принцип записи, хранения и вос­произведения всякого рода кодированной информации. Сначала для памяти люди на­носили по дереву или камню выстроенные в ряд зарубки, завязывали на нити различные узелки, нанизывали на нее те или иные предметы, имевшие условно-смысловое значение. Позднее появились литерное письмо, числовые ряды, нот­ная строка, грампластинка, телеграфный текст, кинолен­та, магнитная дорожка, кардио-, энцефало-, аудио- и то­му подобные технограммы, компьютерные диски...

Очевидно, только на линии достигается последовательное выстраивание, перестановка и комбинирование элементов множества. Только так осуществляется их полная иерархизация (упорядочение): каждое звено в цепи занимает един­ственное, строго определен­ное и только ему принадлежащее место - после чего-то, перед чем-то. Линейная выстроенность смыслонесущей конструкции ориентирует на восприятие ее содержания как единого целого, отсекая все­возможные ответвления, которые в него бы не вписыва­лись. Вся внутренняя органи­зация линейной строки текста направлена на то, чтобы пред­полагаемый читатель одно­значно и как можно скорее воспринял структуру и логическую схему передаваемого содержания. Наконец, и это крайне важно, линейный по­рядок наиболее доступен не только для считывания, но и для воспроизведения кодиро­ванной информации.

В нашем языке изо­билуют устойчивые словосо­четания «живая очередь», «поставить на очередь», «про­пустить очередь», «вне очере­ди»... Глубокий смысл несут, оказывается, эти простые и знакомые слова. Почему в армейских под­разделениях принято линей­ное (по очереди, друг за дру­гом) построение пехотинцев? Да потому, что так все они вместе и каждый в отдельнос­ти всегда на виду. Их легко наб­людать, ими удобно управлять (например, выстраивать в ше­ренгу, а при необходимости - немедленно перестраивать в колонну), используя для это­го в командно-информацион­ной системе минимум звуко­вых кодовых сигналов (типа «первый-второй»). Неупоря­доченной толпой управлять намного труднее и нельзя ви­деть всех: в толпе можно и за­теряться.

Подобных примеров, сви­детельствующих, что линейно организованные системы сы­грали огромную (скажем даже, определяющую) роль в антропогенезе и последующем на­учно-техническом прогрессе цивилизации, можно привес­ти немало. Отдельного упоми­нания заслуживает в этой свя­зи собственно нить как мате­риальное образование, длина которого многократно (на по­рядки) превышает попереч­ные размеры. Конструкции из нитей, именуемые текстилем, повседневно удовлетворяют наши разнообразные жизнен­ные потребности. Исключительное значение (но уже в ином качестве) получили энергопроводящие нити (ска­жем, силовые линии Фарадея и современные линии элект­ропередач). Они позволили не только познать физику электричества, но и решить мно­жество технических задач (от энергетики до электрони­ки, информатики и лазерной техники).

        нить спиральная                     бобины


2. Линейная доминанта в понимании феномена жизни

Не станем, однако, излишне восхищаться тем, как умны люди, что умеют открывать физические законы и эффективно использовать их многообразные практические возможности. Скажем лучше, как мудра создавшая их Природа. Вот что любопытно! Именно таким образом, то есть анало­гично строке текста, записан­ного отдельными литерами, осуществлено на молекуляр­ном уровне полное и точное описание самого человека во всех мельчайших подроб­ностях, включая потенциаль­ные возможности, специфические особенности и наклон­ности каждого индивидуума. Ведь, как это ни парадоксаль­но, всякий биологический вид есть по существу литературное (от лат. littera - буква) произ­ведение Природы, созданное ею по определенным «грамма­тическим правилам» и выпу­щенное в свет задолго до того, как у людей появилась письменность, а тем более была сдана в типографический на­бор первая рукопись. Судьба каждого из нас по самому большому счету изначально держится на тонкой, очень длинной в масштабах микро­мира, но в то же время доста­точно жесткой материальной нити, которую при определенных условиях можно потро­гать, измерить, разделить на части, смотать в клубок, сфо­тографировать и т. д

днк на голубом клубок днк1


Современная технология создания генетически модифицированных организмов основана на тончайших микроманипуляциях, и потому, конечно, крайне сложна в де­талях. В общих же чертах суть ее довольно проста: с по­мощью специальных биоло­гических ножниц (в их роли выступают особые белки-ферменты) генетические ни­ти, принадлежащие разным организмам, нередко очень далеким друг от друга, режут на части, которые затем сое­диняют (сшивают) концами в заданном порядке (подобно тому, как поступают с кино­лентой при монтаже фильма). В результате организм, которому включили в его генети­ческую программу фрагмент нового текста, приобретает и новые качества. И, стало быть, открываются небывалые в человеческой практике возможности рукотвор­ного и преднамеренного конструирования организмов с заданными свойствами.

Дости­жения генной инженерии, уже позволившие решить ряд практических задач, представляют в то же время огромный познавательный интерес. Они вплотную и, что очень важно, на бесспорной экспериментально-фактической основе подводят нас к понима­нию сущности жизни, обна­жают сокровенные (святая святых!) механизмы ее творе­ния. Они не оставляют со­мнения в том, что: 1) именно одномерно организованная строка литерного текста была положена в начало жизни и 2) дальнейшая работа Приро­ды над ней, связанная с обо­гащением ее семантикой, «редактированием» и «корректированием», привела к возникновению на Земле первых живых организмов и созданию в дальнейшем всего наблюдаемого ныне биоразнообразия.

Разумеется, для реализации этой грандиозной акции При­роде потребовалось подклю­чение совершенно необходи­мых и весьма непростых для научного понимания условий и материально-энергетических ресурсов. Анализ этой стороны дела не входит в нашу задачу. Нам важно здесь сохранить в поле зрения лишь следующее.

Полинуклеотидная нить, как бы мы ее ни представляли в молекулярно- биологическом и биохимическом отношении, есть строка литерного текста, ко­торый набран предельно мел­ким «шрифтом» (т. е. элемен­тами молекулярной структу­ры) из малого числа букв. В ДНК их всего четыре аденин, гуанин, тимин, цитозин, - поэтому такой текст предрасположен к легкому и быстрому прочитыванию и воспроизведению при минимальных энергетических за­тратах, хотя сама строка до­стигает колоссальной дли­ны - до 3,5 млрд. нуклеотидных пар. В этой строке при необходимости может быть закодирован такой объ­ем информации (путем обра­зования из литер определен­ных «слов», «фраз» и других смыслонесущих конструк­ций), что для простейшего изображения последней с по­мощью четырех букв русского алфавита (а, г, т, ц), соответствующих указанным нуклеотидам и плотно выстроенных в одну линию, потребовался бы миллион страниц типографского текста. А это не од­на тысяча увесистых томов. Вот для наглядности ничтож­но малый фрагмент генети­ческого текста, описывающе­го человека:

«…ааацгтгаацтцгтцгцатттццаагцццатагцгцттгцааттгтаатт…».

Полная строка содержит три миллиарда знаков. Как просто, в принципе, как гениально просто!

Проблема лишь в том, как расположить текстообразующие элементы, в каком поряд­ке, в соответствии с какими «грамматическими правила­ми», а главное, кому все это под силу, каков должен быть Литератор? Ведь сами по себе буквы не несут никакого смыслового значения до тех пор, пока не будут соединены в те или иные слова. Но из одинаковых наборов слов, как мы знаем, можно составить галиматью, но можно и сочинить вели­кую поэму (каковой в сущности, если продолжить наши аналогии, и стал каждый биологический вид, обитающий ныне на Земле).

Общность пространствен­ной организации (сродство линейному порядку) полинуклеотидов и полипептидов сыграла не последнюю роль в том, что в процессе созида­ния жизни открылась воз­можность для своеобразной транслитерации - передачи текста, написанного с по­мощью одного алфавита, средствами другого, т. е воз­можность перекодирования линейной последовательнос­ти нуклеотидов в линейную же последовательность аминокислот, в которой закоди­рована трехмерная структура белков. «Симбиотически» до­полнив друг друга и утратив уже способность существовать и функционировать от­дельно, эти две принципиаль­но необходимые для жизни линейно организованные системы поделили между собой потоки информации (полинуклеотиды), вещества и энергии (полипептиды), ко­торые в своем неразрывном единстве и составили фундаментальную основу белково-нуклеиновой жизни.

3. Биологический смысл оптической асимметрии
                         


                    пастер1

               Л. Пастер

Как видим, жизнь на молеку­лярном уровне очень лю­бит «строевую дисциплину». Многообразные процессы, которые осуществляются в живой клетке (прежде всего репликация, транскрипция и трансляция - процессы функциональной реа­лизации генетической инфор­мации) и неизбежно сводятся к строительно-монтажным ра­ботам на линии (очень точ­ным, выверенным, строка в строку), естественно, требу­ют определенной, строго фик­сированной пространственно-геометрической стандартиза­ции исходных строительных конструкций. Понятно, что столь сложные динамические микропроцессы, где первосте­пенное значение имеет фак­тор узнавания, затрудняются или же вовсе становятся невозможными, если, например, одна часть молекулы какой-либо белковой аминокислоты «левша», а другая - «правша». Кто сможет без напряжения и раздражения читать большое литературное произведение, напечатанное перевернутыми вверх ногами буквами вперемешку с нормально ориенти­рованными буквами? Кто возьмется оценить его художественные достоинства?! Тем более, для прочтения и точного воспроизведе­ния молекулярно-генетичес­кого текста, безусловно, куда более содержательного и сложного, требуется строгая геометрическая упорядоченность его элементарных со­ставляющих.

Не отсюда ли проистекает загадочная, до сих пор вызы­вающая всеобщее недоуме­ние, оптическая асимметрия биологических молекул? Как известно, жизнь при­знает, принимает и воспроиз­водит на линии в своем непрерывном метаболизме толь­ко правые изомеры сахаров и только левые - аминокислот. Хотя, казалось бы, все пре­пятствует этому в нашем ми­ре, где господствует тенден­ция к равноправному, сим­метричному существованию левых и правых изомеров какого-либо конкретного органического соединения. Ни один из фундаментальных законов физики не запрещает симметрию оптических изомеров. Но нет жизни без оптической асимметрии, как и нет в природе, без жизни, асимметричного состояния ор­ганического вещества в гло­бальных масштабах. Природа свято соблюдает это правило. И на то должна быть веская, продиктованная крайней био­логической необходимостью, причина. Иначе говоря, наря­ду с вопросом «почему?» (на котором традиционно со времен Л. Пастера сосредо­точено внимание научной мысли) мы вправе поставить вопрос «для чего?».

Итак, первичное значение для происхождения живого на фоне неодушевленной приро­ды имела линеаризация мате­рии, в результате которой не­которые атомы и молеку­лы (мономеры) выстроились в ряд и, соединившись, заняли определенное, строго фикси­рованное положение. По существу реализовался все тот же, хорошо знакомый нам из практики принцип: «встаньте в черед, не толпитесь!». Имен­но это обстоятельство явилось пусковым механизмом сози­дания жизни, тем первоисточ­ником, откуда пошла-побежа­ла в будущее ее нескончаемая нить. Ибо, что бы там ни фантазировали, а жизнь (если иметь в виду ее единственное, досто­верно известное нам состоя­ние) - это природная кибернетическая система, в основу которой положена линейная строка генетического текста, или, попросту говоря, генети­ческая нить. И, поскольку в нашей необъятной, но в то же время изотропной и одно­родной Вселенной действует одна и та же физика, трудно допустить, чтобы внеземная вещественная жизнь (если только она существует) была органи­зована где-то в ее пределах на принципиально иной геометрической основе.
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 49 comments