Книга Глазами Монжа-Бертолле - Лев Викторович Бобров

говоря уже о квантово-механической модели. А она нужна. Без нее очень трудно ответить на тысячи вопросов, встающих перед биологами. Как работают клетка и ее отдельные цехи? Каков тот заводной механизм, что автоматически регулирует смену циклов ее жизнедеятельности? Что делает этот крошечный организм устойчивым в его непрерывном изменении? Откуда в нем та строгая, поистине воинская дисциплина, которой подчиняются сложнейшие процессы синтеза молекул, деления и передачи наследственной информации?

Живая клетка — самоуправляющаяся система. В этом смысле она подобна человеческому организму. Однако механизм управления в ней иной. Здесь нет нервных путей, по которым бегут импульсы-сигналы. На уровне клетки роль сигнальных «агентов» играют подвижные группы атомов и молекул.

Регулирование процессов обусловлено динамическим равновесием разных сил, действующих на внутриклеточные структуры. Именно уравновешивание противоборствующих сил, почти как в молекуле водорода, сохраняет систему устойчивой.

Эта общая идея и легла в основу первой клеточной модели, разработанной сотрудниками Института кибернетики.

Описываемая модель не имеет прямого отношения к квантовой биологии. Тем не менее перед нами еще один пример плодотворного сотрудничества биологов и математиков.

Модель напоминала куриное яйцо. Внутри — ядро. Это «желток». И, как желток, ядро охвачено оболочкой. Сверху «белок», тоже обтянутый пленкой. Среда, окружающая клетку, пока не учитывалась. Принималось, что внутри ядра вещество имеет одну вязкость, снаружи — иную. И что внутри клетки находятся положительные и отрицательные ионы, свободно проникающие через оболочку ядра в обе стороны — внутрь и наружу.

«По правде говоря, — признавались тогда авторы, — сейчас еще нельзя определенно указать, какие структуры реальной клетки имеют электрический заряд. По некоторым новейшим данным, заряженные частицы внутри клетки существуют. Более подробно об этом говорить пока невозможно. В дальнейшем совместные усилия физиков, биологов и кибернетиков, несомненно, позволят выяснить, какова роль зарядов внутри клетки».

Роль зарядов внутри клетки… Уже в те дни интуиция вела грузинских ученых к выводам, которые с таким блеском и с такой глубиной формулирует ветеран квантовой биологии Сент-Дьердьи! В самом деле: донорно-акцепторная связь в комплексах с переносом заряда — разве это не взаимодействие «заряженных частиц»?

Чтобы не усложнять чересчур математические расчеты, авторы ввели в модель всего десять пар разноименных ионов. Ввели по методу Монте-Карло. (Рулетка знаменитого казино увековечила себя в названии математического приема, когда приходится прибегать к розыгрышу, чтобы отыскать случайное распределение отдельных элементов в системе.) И, как бы случайно ни располагались ионы, в любом случае «центры тяжести» положительной и отрицательной групп зарядов не совпадали. Иными словами, система являла собой своего рода диполь. Естественно, что «полюса» стремились сблизиться. Но им мешало противодействие беспорядочного теплового движения ионов. Кроме того, в игру вступала тормозящая сила вязкой внутриклеточной среды.

Вся эта предельно упрощенная и тем не менее сложная картина взаимодействий описывалась математическими уравнениями. Решение их должно было показать, будет ли существовать такая система сама по себе, без всякой программы, без внешнего регулятора, а лишь за счет внутренних сил?

И вот модель запущена. Что-то она покажет?

Тепло разгоняет частицы в стороны, в беспорядке перемешивает их. Случайные встречи одноименных ионов заканчиваются довольно грубым взаимным отталкиванием, разноименных — дружескими объятиями. Казалось бы, восторжествовала полная анархия. Ан нет, в определенный момент направленные силы кулоновского тяготения между полюсами увеличиваются, движение вновь течет по некоему жизненному руслу. И не было случая, чтобы систему настигла «смерть» — чтобы клеточный «диполь» исчез, обратился в нуль, динамическое равновесие сменилось статическим.

Драматический конфликт между силами порядка и хаоса, дезорганизации и дисциплины — таково «жизненное содержание» первой клеточной модели.

Разумеется, модель грузинских математиков отдает классицизмом биологии XIX века. Шарики-заряды, кулоновские силы, броуновское движение — как далеко ушли от этого представления квантовой биологии! Активирующие кванты, уровни энергии, зоны проводимости, перенос заряда, слабые токи — до этого еще не дошел черед. Но, как говорится, лиха беда — начало. Пусть модель проста, быть может, даже примитивна — какие математические расчеты сложных систем не грешат упрощенчеством? Пусть она далека от реальности, быть может, даже наивна — разве модель Резерфорда, величайшее откровение своего времени, не оказалась впоследствии лишь грубо сработанным и вдобавок кривым зеркалом микромира?

Самое примечательное или, лучше сказать, симптоматичное — в другом. Проснулся обоюдный интерес у математиков и биологов. Биологи начинают убеждаться, что без помощи физиков и химиков, без числа и меры им ни шагу ступить в неизведанное. А представители точных наук, со своей стороны, готовы призвать на подмогу всю мощь современного математического аппарата, чтобы проникнуть в самые сокровенные тайны молекулы, кристалла, клетки.

Гнеденко: «Я убежден, что некоторое недопонимание между биологами и математиками проистекает в значительной степени оттого, что мы работаем разобщенно».

Вот что пишет — известный советский математик член-корреспондент АН СССР Борис Владимирович Гнеденко: «Я не считаю, что уже имеется необходимость создавать особую дисциплину „математическая биология“ наподобие „математической физики“. Но для меня нет сомнений в том, что назрела пора, когда коллективы математиков и биологов должны начать совместную работу над разрешением коренных биологических проблем — работу, в которой математик станет вникать в суть биологических явлений, а биолог — в идейные, а не чисто вычислительные возможности математических методов».

Проникнуть в тайны микромира, чтобы еще лучше сделать жизнь человека. И это не просто красивые слова. Вспомните энергетику и медицину!

Впрочем, только ли медицине сулит богатые плоды великий триумвират наук — математики, физики и химии? Только ли перед энергетикой распахивает он неохватные горизонты?

Ну, конечно же, нет! Теория цветности и химия красителей. Лазеры, в том числе полупроводниковые. Тайны мельчайших кирпичиков мироздания — элементарных частиц. Не сыскать такой области, где бы квантовая механика пришлась не ко двору. Но нельзя объять необъятного: обо всем не расскажешь.

Увы, в органической химии, и особенно в биохимии, все еще царит культ лукрецианских представлений, хотя в наше время стало просто невозможно игнорировать квантово-механическую природу явлений. Ибо с ней мы имеем дело на каждом шагу, подчас и не подозревая об этом. Зачем же уподобляться мольеровскому господину Журдэну, который был несказанно изумлен, узнав, что всю свою жизнь изъяснялся прозой? Нашей ли научной молодежи чураться новых прогрессивных веяний только из-за того, что они, как кажется некоторым близоруким практицистам, «чересчур далеки от жизни»?

Как тут не вспомнить замечательные слова академика Семенова!

«В сущности, — говорил ученый, — в современном естествознании выделяются две главные фундаментальные проблемы. Первая — в физике — теория элементарных частиц, иначе говоря, проблема первичных частиц материи. Вторая касается строения и поведения высокоорганизованной материи в биологии и химии.

10–15