ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.02.2024
Просмотров: 358
Скачиваний: 2
Таким образом, континуальность, разлитость по миру биологиче ского начала связана не с отсутствием в нем границ, а с их нестрогостью, пушистостью. Представляется, что человек может и должен обращать внимание не только на существование границ внутри жи вой природы, между ней и иными мирами, но и на их нестрогость, преодолимость, на возможность «прорубания окон» между природой и социумом.
Приведенные примеры позволяют увидеть мир с позиции биоса, но для этого нужно не только осмыслить, но и прочувствовать основ ные положения биософии, визирующиеся на биоцентрическом миро воззрение, осознать полную взаимосвязь и взаимопроникновение биоса и среды обитания, их коэволюционную взаимосвязь.
А.Е. Седов
ЧАСТИ И ЦЕЛОЕ В БИОСИСТЕМАХ: ЧЕГО НЕ ЗНАЛ Л. ФОН БЕРТАЛАНФИ
Цель данной работы — постановка общего круга функциональных задач, охватывающих разные комбинации структурных уровней био систем и при этом логически сходных. Её предметными областями должны стать генетика, биология развития, экология и биоценология, концепции эволюции. Ниже сформулированы такие конкретные био логические задачи и предложен путь их решения — межуровневые аналоги, опирающиеся на биосемиотический историко-биологичес кий подход.
Философские термины «холизм» и «редукционизм» нам, биоло гам, необходимы, но явно недостаточны, так как наши объекты — это многоуровневые иерархии: структурные, функциональные и класси фикационные, причем в этих трех аспектах какая-либо одна и та же биосистема представима неизоморфными графиками.
Сколько структурных уровней можно выявить в биосистемах? По Н.В. Тимофееву-Ресовскому — 41, по Р.Л. Берг — 82; анализ терми нов генетики показал, что даже лишь в генетических системах их 93. Каждая из этих шкал уровней по-своему логична; суть всех наиболее фундаментальных биологических метапроблем — это конкретные взаимодействия между уровнями. Так, даже для двухуровневых сис тем «ген — хромосома» анализом метафор в монографии Р.Б. Хесина выявлен как впервые описанный Стёртевантом еще в 1925 г. «хо листический» эффект положения, так и еще никем не названный «ре дукционистский» метафеномен — дестабилизация различных целых геномов в результате перемещений лишь для некоторых их мобиль ных элементов.
Известно, что применение классической теории информации в биологии не решало проблем семантического веса (ценности) того или иного элемента в контексте той или иной системы4. Интересный количественный подход к этому с соответствующими формулами предложил в 1970-80-х годах наш соотечественник, биофизик М.В. Волькенштейн — не только для биологических информационных
макромолекул, но даже для поэтических текстов (!). К сожалению, за рубежом эти работы практически не известны, хотя однажды они были опубликованы и на английском языке5.
Для биосистем различных структурных уровней типично то, что сре ди этих элементов есть как малозначимые, так и «ключевые» — типа «мал золотник, да дорог»: имея те же размеры, что и прочие элемен ты данного уровня, они чрезвычайно важны, а их повреждения приво дят к каскадам событий в духе английской песенки: «Не было гвоздя — подкова пропала...». Вот лишь несколько примеров разных уровней. Мутация в 8-м нуклеотиде (3-м кодоне) гена, кодирующего белок Ha ras, делает его онкогеном — развивается рак. Небольшие количества этанола выводят из строя сложнейший ансамбль макромолекул, сос тавляющих 100 миллиардов клеток мозга, — личность алкоголика дег радирует. Болезнь Альцгеймера зависит от мутаций всего лишь в трех генах, особенно — гена пресенилина; синтезируясь в избытке, белок бета-амилоид рвет синаптические связи, разрушая сложнейшие ин формационные сети мозга, и личность тоже стремительно деградиру ет. Интродукция в США всего лишь нескольких китайских каштанов, пораженных желтым трутовиком, уничтожила биоценозы — гигантские леса не устойчивых к нему американских зубчатых каштанов; подоб ные примеры — интродукция кроликов и кактуса опунции в Австралию (в Израиле, однако, опунция «скромно вписалась» в биоценозы), лиа ны пуэрарии и водяного гиацинта в США и т. д.6.
Смысл и ценность элемента могут быть обусловлены им самим и/или зависеть от контекста той или иной донорной и/или реципиентной системы. Так, с одной стороны, каждый триплет нуклеотидов ко дирует определенную аминокислоту или окончание синтеза белка; есть консенсусы — «ядра» для репликаторов и т. п. Однако вставка одного и того же олигонуклеотида в разные контексты — функцио нальные последовательности ДНК — приводит к разным последстви ям: в промотор — изменятся условия включения гена как целого (пол ное выключение или неконтролируемый синтез, или термоустойчи вость и т. п.); в белок — кодирующую часть — появление триплетов или изменение конформации (если эти аминокислоты — «неподходя щие»), или сдвиг рамки считывания и порча белка ниже вставки (ес ли число нуклеотидов во вставке не кратно 3); в интрон-экзонную гра ницу — дефект сплайсинга и увеличение и тоже порча белка из-за «экзонизации» интрона и т. п. Подобным же образом различны судь бы биоценозов Австралии и Израиля, в которые ввели опунций, а так
же самих этих опунций, в зависимости от «контекстов» — предшест вовавших структур этих биоценозов. В целом феномены «текст— кон текст» — это предмет семиотики.
Здесь предлагается ввести для всех биологических явлений об щий термин: гетерологичные транспозиции (ГГ). В отличие, скажем, от симбиогенеза клеток эукариот, от соединения двух целых наборов генов при скрещиваниях близких видов или от интерградации целых фаун и флор Северной и Южной Америки — все ГТ характерны тем, что 1) перенесен лишь сложной биогенный элемент в еще более сложную биогенную систему; 2) каждый такой перенос антропогенен. Естественно, наиболее интересна совокупность самых гетерологич ных ситуаций с максимальными семантическими весами.
В целом история ГТ связана с историей преобразующей деятель ности человека, причем общий вектор из развития направлен «вглубь» — от макро- к микроуровням биосистем. В различных надорганизменных системах — это история интродукций видов в новые климаты, ландшафты и биоценозы; они происходили в течение всей человеческой истории, а особенно интенсивно — начиная с эпохи ве ликих географических открытий. В экспериментальной внутриорганизменной биологии — эмбриологии и биологии развития — это ис тория трансплантаций одних тканей органов на место других, с изу чением эмбриональной индукции, компетенции тканей, гистосовмес тимости и т. п., начатых в начале XX в., вплоть до трансплантаций имагинальных дисков насекомых, создания аллофенных химер мле копитающих (с 1960-х гг.), современных разработок по ксенотрансплантациям их органов и по клеточно-эмбриональному клонирова нию. В молекулярной генетике это история трансформации бактерий (Гриффитс, 1928; однако как аналитического исследовательского ме тода — лишь с 1970-х), а теперь и трансгеноза — в зиготы и разви вающиеся из них организмы эукариот, а также в их различные от дельные соматические ткани (начиная с 1980-х).
Покажем, что эти межуровневые аналогии могут стать полезны ми для исследователей-эмпириков. Сначала рассмотрим все типы возможных ситуаций на метафорическом, вполне семиотическом примере: гетерологичной транспозиции сложных смысловых струк тур — текстов. Допустим, фрагмент романа М. Булгакова «Мастер и Маргарита» вставлен в роман Л. Толстого «Война и мир». Метафо рой жизнеспособности будет осмысленное восприятие всего текста. Логически — возможны лишь три исхода.
1. Вставка игнорируется — роман читается далее. («Репрессия» вставки).
2. Вставка настолько диссонирует с предыдущим текстом, что весь роман отбрасывается как абсурдный. (Вставка противоречит внутренним самосогласованным законам системы и потому приводит
кеё гибели.)
3.Вставка вызывает новые нетривиальные ассоциации с контек стом, придавая всему «внешнему» тексту новый смысл. (Вставка из меняет свойства всей системы, не губя её, и, возможно, модифици рует и собственный смысл.) Этот случай крайне редок и нетривиален,
ион обязательно понижает «жизнеспособность» текста — его общую познавательную и художественную ценность — по сравнению с обо ими донорными текстами.
На примерах интродукций видов (а их — множество) мы видим, что тот или иной интродуцент либо «очень скромно вписывается»
вчужой природный биоценоз, либо разрушает его, либо истребляет какие-либо его автохтонные компоненты. Как известно и из экологии, и из общесистемных моделей, такое снижение биоразнообразия — всегда показатель снижения устойчивости. Случаев усиления устой чивости природных биоценозов при интродукциях нам не известно.
Теперь обратимся к предметам социальных надежд и страхов —
кгенной инженерии и клеточно-эмбриональному клонированию. По аналогии, мы видим — «что плохо для биоценозов, то хорошо для химер и трансгенов»: «жизнеспособного монстра», более живучего, чем его исходный природный прототип, транспозициями создать не удавалось: и чем они гетерологичнее, тем «монстр хилее». Этот прин ципиальный теоретический вывод, вытекающий из анализа истории биотранспозиций на «верхних» структурных уровнях, подтверждает ся эмпирической историей генных, клеточных и эмбриональных экс периментов: в сотнях тысяч работ по генной инженерии и экспери ментальной биологии развития еще не было создано ни одного «жи вучего монстра», способного вытеснить природный прототип из при родной среды. Между тем такие фантазии-фобии наводнили СМИ, пугая обывателей и порождая новые социально опасные мифы о на ших коллегах-биологах, вновь представляя их маньяками, убийцами
збелых халатах. Этим же проблемам посвящена наша недавняя ост рая полемика о биологических экспериментах в космосе с нашим со трудником, космонавтом С. Кричевским — к сожалению, им не опуб
ликованная.
Безусловно, все биотехнологии должны быть «прозрачными» для публики, и биоэтические алармисты должны быть «начеку». Однако это требует и их биологической образованности. Увы, с последним дело обстоит крайне скверно — и не только в нашем отечестве...
Надеюсь, предложенный здесь многоуровневый историко-семио тический подход к природным и создаваемым биосистемам будет востребован и коллегами, и прочими мыслящими читателями.
Отметим, что во многом он базируется на своеобразном — мно гоуровневом — стиле отечественных биологов-теоретиков.
ПРИМЕЧАНИЯ
1 Тимофеев-Ресовский Н.В. Некоторые проблемы радиационной биоценоло гию Свердловск, 1962.
2 Берг Р Л . Генетика и эволюция. Новосибирск, 1993. С. 250-262.
2 Седов А.Е. Иерархические концепции и междисциплинарные связи генети ки, запечатлённые в её метафорах: количественный и структурный анализ терми нов и высказываний // Науковедение, 2001. № 1.
4 Седов А.Е. Биоинформатика и биосемиотика: исторический путь от теории к практике // Годичная научная конференция ИИЕТ РАН 2000 г. М., 2000.
5Volkenstein M.V., Chernavskii D.S. Information and biology // J. Social. Biol. Struct. 1978. № 1.
6Небел Б. Наука об окружающей среде. В 2 т. М., 1993.
Б.А. Богатых
ПРИНЦИПЫ ФРАКТАЛЬНОЙ ГЕОМЕТРИИ И ПРОБЛЕМЫ ЭВОЛЮЦИОННОГО ПРОЦЕССА
К настоящему времени трудности, сопровождающие исследова телей при решении проблем эволюционного процесса, требуют но вых подходов и концепций с учетом изменения и прогрессом наших знаний. Этому в определенной мере отвечает, на наш взгляд, хоро шо известное открытие прошлого века — множество Мандельброта (ММ), — получившее название фрактальной геометрии. Использова ние фрактальной геометрии в работе с биологическим материалом способно, по-видимому, разрешить ряд спорных и сложных проблем эволюции органического мира относительно его направленности, за программированности, а также позволит, на наш взгляд, выработать ряд методологических подходов в теоретической биологии.
Проблемы эволюционного процесса, как мы знаем, решались на ос нове альтернативных позиций. Так, главными постулатами эволюцион ной концепции Ч. Дарвина является монофилия, т. е. развитие организ мов из одной или немногих форм живого. Развитие при этом осуществ ляется на основе случайных вариаций и путем медленных небольших изменений этих форм, следовательно, множества наследственных ва риаций, которые идут по всем направлениям с последующей адаптив ной радиацией под контролем и при содействии естественного отбора (селекционизм). Наряду с этим повторность в этом многообразии, в ча стности, параллелизм и конвергенция, является частным случаем это го общего правила, так как параллельно или конвергентно проявляю щееся сходство возникает на общей генотипической основе и (или) в от вет на одинаково векторизованный отбор. Также, что особенно важно, эволюция состоит в образовании новых признаков, а не в развертыва нии тех или иных направленных задатков. Иными словами, эволюция, по Дарвину, — не направлена, её ход совершенно непредсказуем, а ес тественный отбор (тихогенез), по сути, производит такие формы, воз можность существования которых трудно предвидеть.
С другой стороны, Д. Лотци1 ещё в начале XX в., выдвинул аль тернативную концепцию, суть которой в том, что гены столь же по стоянны, как химические элементы и, следовательно, разнообразные эволюционные изменения организмов в течение многих веков обус ловлены гибридизацей уже существующих видов. Иными словами, новые виды создаются за счет новых комбинаций предшествующих наследственных задатков. К этой точке зрения близка концепция но могенеза Л.С. Берга2, согласно которой организмы развились из мно гих тысяч первичных форм. Само же их дальнейшее развитие, по Бергу, осуществлялось на основе закономерностей, объединяю щих массу особей, и при этом оно шло скачками (пароксизмами). Иными словами, источник многообразия органического мира — за коны эволюционных преобразований, что и находит выражение в па раллелизме и конвергенции. При этом естественный отбор в той или иной мере, ограничивая сферу деятельности этих законов, снижает многообразие организмов.
Другим косвенным моментом, указывающим на направленное развертывание наследственных задатков, является открытие так на зываемых генетических (ретровирусоподобных) мобильных элемен тов (ГМЭ), способных перемещаться в геноме и обусловливать часть спонтанных мутаций3. Причем выявлено, что локализация, т. е. встав ка ГМЭ в геноме клетки, в основном является не случайной, а направ ленной, как бы «предопределенной». Все это указывает на то, что
идетерминируемый ими мутационный, и, как следствие, эволюцион ный процессы также не случайны и направленны.
Как мы видим, в основе противопоставления тихогенеза (селекционизма) и номогенеза — отношение к источнику многообразия
иединообразия в органическом мире. Номогенезом во главу угла ста вятся нестатистические законы, имманентные развивающимся орга низмам законы эволюционных преобразований. Селекционизмом же признаются статистические законы, которым подчиняются как мута ции, так и требование адаптации, т. е. такого внешнего фактора, как отбор. Как отмечает С.В. Мейен4, существенных расхождений между селекционизмом и номогенезом нет до тех пор, пока они объясняют унаследование генотипических потенций организмов. Например, за коны корреляции органов или принцип компенсации, требующие как раз унаследования генотипических потенций. Когда же сходство воз никает на заведомо различной генотипической основе — начинают ся расхождения. Причем данное сходство селекционизм трактует как