Разгадка – в энергетике?
Кандидат физико-математических наук Евгений Евгеньевич Сельков,
который работает в Институте биофизики АН СССР и с которым я по
телефону поделился своими сомнениями, пообещал рассказать «кое-что
интересное». Я уже знал, что он – по образованию инженер-кинотехник,
работал в Институте кибернетики в Киеве, а в Пущине его пригласили
за идеи по части обратной связи в биологических системах.
Теория обратной связи – краеугольный камень любых генераторов колебаний:
радиотехнических, электрических, химических, биологических. Биологи
шутливо называют конструкции с обратной связью системами типа «волки
и овцы».
Представьте лес, полный волков, а рядом – поле с пасущимися овцами.
Мы будем недалеки от истины, если предположим, что скорость размножения
хищников окажется прямо пропорциональна тому, сколько они сожрут
травоядных. Волков будет становиться все больше, а овец – меньше.
В конце концов еды станет так мало, что зубастые ослабеют и примутся
умирать с голоду. Оставленное в покое поголовье жвачных немедля
возрастет, а отъевшиеся на нем хищники снова примутся усиленно размножаться,
чтобы опять перевести чуть ли не всех овец и снова дойти до границы
вымирания. Многие колебательные системы могут быть описаны таким
способом, в том числе и биочасы. Вопрос только, где искать волков
и где – овец.
В лаборатории кроме нескольких цветков на окне не было ничего,
что указывало бы на биологический характер занятий ее сотрудников.
Конторские столы завалены широкими бумажными лентами, на которых
ЭВМ рисуют графики и печатают длиннющие колонки цифр. В картонных
коробках виднелись аккуратно свернутые в рулончики узкие перфоленты,
испещренные дырочками. Бесшумный электронный арифмометр – настольная
вычислительная машина для простых расчетов. И никаких микроскопов.
– Мы математики, – заметил Е.Е. Сельков в ответ на мое озирание
по сторонам. – Экспериментаторы открывают, мы обобщаем. Пока на
уровне клетки. В ней еще многое непонятно, а через сколько десятилетий
наука дойдет до понимания более сложных биочасов, это вам вряд ли
кто сумеет сказать.
– Все-таки клетка? – спросил я.
– Да. Плюс математика. В разгадке биоритмов математический метод,
думается, будет самым продуктивным.
До сих пор клетку изучали по методике, давным-давно разработанной
радистами. Ведь когда радист исследует незнакомую аппаратуру, он
отключает по одному блоки, входящие в нее, и смотрит, что получится.
При известном опыта можно довольно точно выяснить, какой блок за
что ответствен, и нарисовать принципиальную схему всей системы.
Единственно, когда этот в общем хороший способ может подвести, –
это когда конструктор ради надежности применит резервирование, т.е.
если вместо одного блока одни и те же функции будут выполнять два,
три или еще больше блоков. Тогда выключай почти что угодно, – система
будет работать, как работала.
К чему я все это рассказываю? Биофизики отлично научились выключать
в живой клетке чуть ли не любой процесс. Для этого в нее вводят
специальные вещества – ингибиторы, «останавливатели», если буквально
перевести с латинского. И вот, какие бы механизмы обмена веществ
в клетке ни выключали, ее биочасы упорно продолжали тикать, циклическая
деятельность не прекращалась.
– Часы не связаны с обменом веществ?
– Нет, связаны. Но не просто. А не увидели этого потому, что тут
злую шутку сыграла логическая ошибка, тем более странная, что ее
допустили биофизики и биологи. Они искали один-единственный механизм,
один ключ к разгадке биочасов. Между тем мы прекрасно знаем, что
природа никогда не довольствуется одним решением. Она устраивает
несколько цепей, работающих параллельно, – почему же биочасам должно
быть сделано исключение? Отсекая одну ветвь, экспериментаторы не
задевали других, а в этом случае, как мы уже говорили, методика
«выключения» блоков пасует.
Правда, Мано проделал один опыт: блокировал ингибитором процесс
гликолиза, т.е. превращения глюкозы в пировиноградную кислоту, –
и часы мгновенно замирали. На это возражали: гликолиз – основа энергетики
клетки, ее «электростанция». Когда из розетки выдергивают шнур,
лампочка гаснет. Остановили гликолиз – клетка замерла. И опыту особого
значения не придал даже сам Мано. Хотя, как мы сейчас увидим, он
был очень близок к цели.
А стало это нам вполне понятно, когда мы узнали о работе, которую
провел со своими коллегами американский биофизик К. Питтендрик,
давно уже занимающийся биочасами. Есть такая распространенная водоросль
– эвглена зеленая, ее даже школьники изучают. Любимый объект для
экспериментов по биофизике, уж очень с ней удобно работать. Питтендрик
добавлял в воду, где она находилась, вещества, никакого отношения
к ингибиторам не имеющие: пировиноградную, яблочную, ацетоуксусную
кислоты. А часы – как и в опыте Мано – останавливались.
Вернее, почти как в опыте Мано, и это «почти» чрезвычайно важно
для всего дальнейшего. Они останавливались не навсегда. Ритмика
только ненадолго замирала, а потом все возвращалось «на круги своя».
Это была первая загадка: почему безобидные вещества воздействуют
столь активно?
А вторая загадка оказалась еще любопытнее: ход часов восстанавливался
в другой фазе.
– Понимаю. Цикл колебаний начинался «не с того места»?
– Совершенно верно. Представьте два одинаковых маятника. Они могут
качаться либо строго «в ногу», либо так же строго навстречу друг
другу, либо с небольшим рассогласованием, – в любом случае перед
нами разные фазы колебаний одного маятника относительно другого.
Если остановить один маятник, а потом снова пустить в ход, новые
колебания будут, вообще говоря, в иной фазе относительно прежних.
То, что у Питтендрика «маятник» биочасов останавливался, а потом
снова шел в другой фазе, как раз и означало, что вещества, которые
добавлялись в воду, действовали словно останавливающая рука.
Почему же Питтендрик и его сотрудники не увидели «колебаний маятника»?
Должно быть, сыграла роль традиция. Все кислоты, останавливавшие
маятник биоритмики эвглены, связаны с энергетическими процессами
в клетке. А традиционно считалось, что энергетика клетки прямого
отношения к часам не имеет. Поддерживать колебания – пожалуйста,
но не более того.
– Мы в нашей лаборатории, – продолжал Евгений Евгеньевич, – сопоставили
опыты Мано и Питтендрика, и нам стало ясно, что если и искать механизм
биочасов, так только в этих «запрещенных» энергетических процессах.
Вы спросите: какие мы поставили опыты? Никаких. Мы ведь математики
все-таки. И потом, вспомните о резервировании реакций. Можно быть
заранее уверенным, что природа нас обманет, включит резервную цепь.
Их ведь у нее множество. Чтобы получить энергию, клетка «сжигает»
жиры или глюкозу, а нет глюкозы – в дело пойдет фруктоза или молочная
кислота... Пока что мы устраиваем опыты на бумаге – с помощью, разумеется,
ЭВМ.
|
