Страница 63 - Разум природы и разум человека - А.М. Хазен - Философия как наука - Философия на vuzlib.su
Тексты книг принадлежат их авторам и размещены для ознакомления Кол-во книг: 64

Разделы

Философия как наука
Философы и их философия
Сочинения и рассказы
Синергетика
Философия и социология
Философия права
Философия политики

  • Статьи

  • align=left style='text-align:left'>Клонирование и старение

    В этом параграфе подробнее повторю уже введеное в главе IV.

    Начало роста особи высших форм жизни есть диплоидный набор хро­мосом. Он, каза­лось бы, тождественен и как результат оплодотво­ре­ния, и как результат пересадки его из соматической клетки при клони­ро­ва­нии. Однако факты (пока ещё неполные) показывают, что число де­ле­ний соматических кле­ток имеет предел порядка десятков тысяч. Дальше накапливаются по не­по­­нят­ным причинам не вполне понятные сбои, ко­то­рые в сумме и есть ста­­рость и гибель организма в целом.

    В терминах иерархии энтропии-ин­фор­мации можно ответить на воп­рос почему воз­никло половое размно­же­ние.

    Как отмечалось выше, у прокариот барьер, созданный одновремен­но большими количе­ст­­ва­ми информации и семантической информа­ции (семантический коэф­фи­циент (1.30) порядка половины), защищает са­мо­вос­произве­де­ние клет­­ки. Вероятность ошибо­к в этом процессе мала. Для следующей иерар­­хической ступени в виде эука­риотической клетки се­ман­ти­чес­кий коэффициент меньше, чем для прокариот. Вероятность оши­бок при их раз­множении растёт. Этот эффект даёт противоречивые ре­зультаты.

    Большая роль случайностей повышает изменчивость клетки. Это создает новую иерархическую ступень роста энтропии-информации. Но “выживание выживающих” на новой ступени иерархии затруднено этой же изменчивостью. Губительные для клетки изменения в ДНК появля­ют­ся чаще, чем нейтральные или стабилизирующие её существование.

    Половое раз­мно­же­ние как запомненный случайный выбор (синтез информации) есть ре­зуль­тат отбора по признаку:  обеспечить динамичес­кий контроль за вос­произведением ДНК в условиях, когда требования максимума способ­но­сти к превращениям сделали её равновесие менее проч­­ным, чем на пред­ы­дущей иерархической ступени роста энтропии-ин­формации.

    При возникновении полового раз­мно­жения переход на новую сту­пень иерархии роста энтропии информации в составе ряда (1.29) есть его “цель”. Эволюционное достижение этой “цели” в качестве первого ша­га содержит в себе стремление к консерватизму – к сохранению в про­цес­се размножения неизменной ДНК, несмотря на возможные ошибки при её воспроизведении в процессе деления.

    Поэтому поло­вое размножение в его классическом виде (как спо­со­ба об­­­мена признаками (информацией) между разными ДНК одного би­о­ло­ги­ческого вида жизни) у первичных эукариот не есть их обя­зательная осо­бенность. У эволюцион­но ранних эукариот по­ло­вое раз­мно­жение от­сут­ствует или его зачаточное подобие сосуществует с размно­же­нием без “оплодо­тво­рения”. В последнем случае их экспоненциальное размноже­ние может продолжаться “вечно” в мас­шта­бах доступной человеку про­дол­­жи­тель­но­сти экспериментов.

    Например, широко известные эксперименты американской иссле­довательницы Б. Вудреф, которая на протяжении 20 лет следила за раз­мно­жением группы клеток одного из видов простейших организмов – инфузории туфельки. При благоприятных внешних условиях инфузория раз­мно­жается вегетативным делением клетки. Непрерывное воспроиз­ве­де­ние без сбоев в этих экспериментах бы­ло прослежено на 15 ты­сячах по­­ко­лений. Иногда при этом наблюдались короткие периоды замедления раз­множения. Потом скорость вос­про­из­ведения восста­навливалaсь тож­дест­венно. Подробные исследо­вания по­казали, что замедления вызваны ошибками, накап­ливающимися в ДНК.

    Естественный результат генетических ошибок для ме­та­болизма есть снижение эффективности производства энергии в клетке. Динами­чес­кое равновесие, каковым является неравновесный метаболизм клетки, возникает и существует как процесс, направленный к статическому рав­но­весию, дос­тиг­нуть которого ему не позволяет производство в клетке энер­гии. По­этому недостаток энергии провоцирует остановку размно­жения клетки – пе­реход клетки в статически равновесную форму. Для неё мак­симальны энер­гии связей. При установлении равно­весия мак­си­маль­на роль в мутациях индуцированных пере­хо­дов (как они бы­ли пояс­не­ны в предыдущей главе).

    Существуют обратные мутации, при которых ранее му­тировавший ген полностью восстанавливает свои функ­ции (п.  f  пере­числения фактов о мутациях в параграфе 6 главы IV).

    Это есть причины закономерной ре­парации на­­копившихся повреж­дений ДНК как составляющей перехода размножающейся клетки к более ус­той­чивому статическому равновесию. Она происходит во времени. Ес­ли сбои не­ве­лики, то они устраняются до наступления окончательного рав­но­весия (гибели клетки). Размножение клетки возобновляется.

    Опыты Вудреф по длительному размножению инфузории-туфель­ки нередко трак­туют как возможность “вечной” жизни клетки. Однако они доказывают обратное. Динамическое равновесие ДНК в эука­ри­оти­ческой клетке ограничено низкими барьерами семантической информа­ции. Неизбежно накопление малых ошибок и, казалось бы, смерть клет­ки в их ре­зуль­тате. Стремление к равно­ве­сию пер­вично для при­роды. Про­изводство энергии падает. Клетка начинает переход в статически рав­новесное состояние – умирает. Как было пояснено выше, именно смерть клетки (как переход к статическому равновесию) закономерно за­ставляет работать репарацию по­в­ре­жде­ний её ДНК. Феноменологически это отражает замедление раз­мно­­же­ния инфу­зории-туфельки. Опыты Вуд­реф говорят – даже простей­шая клетка неустранимо смертна. Но про­­цесс её гибели таков, что вво­дит репарацию накопленных повреж­дений (мутаций) в ДНК. В опытах Вудреф продолжает размножение ге­не­ти­чески новая клетка. Она почти тож­дественна исходной, но новая. Условия в процессе ги­бе­ли клетки приводят к её обнов­ле­нию [100].

    Эукариотическая клетка в сложном многоклеточном организме выс­­­­ших форм жизни ограничена столь сложными условиями, что тож­дест­­венно такие же по форме как у одноклеточных организмов причи­ны репара­ции повреждений оказываются невозможными. Но принцип ос­таё­тся один и тот же – конкуренция равновесия и максимума произ­вод­ства иерархической энтропии-информации. Динамическое равновесие размножающейся клетки может продолжать долго, но вечным оно быть не может. Клетка неизбежно приходит к статическому равновесию в двух формах – необратимая гибель или равновесие как гибель, сохра­ня­ю­щая возможность обращения. Частный случай последнего есть по­ло­вое размножение. Клетка бессмертна в своём возрождении в виде нового орга­низма тогда и потому, когда парадоксально подходит вплотную к гибели, но прео­до­левает этот тупик равновесия. Жизнь может быть бес­смертной потому, что в каждом поколении обновляется, проходя вместе со всей своей генетической информацией че­рез смерть.

    Слу­чай­ность в составе синтеза информации, ограниченная услови­я­ми, поро­ди­ла все виды организмов, кле­ток и их геномов. Запас устой­чи­вости при запоминании для каждого из видов геномов – раз­ный. В тер­минах параграфа 12 главы I это есть ценность информации. Она  слож­­­ным образом зависит от эволюционной истории клетки. Чем боль­ше возможности изменчивости клетки (а это тождественно ут­­­верж­­де­нию о росте сложности организмов), тем больше уровней иерар­­­хии в пред­истории клетки и тем меньше запас устойчивости. В этом есть варианты.

    Для растений возможно вегетативное размно­же­ние без по­лового про­цесса. Оно широко используется в сельскохозяйст­вен­ной практике. Клетки отрост­ка, который становится новым расте­ни­ем, про­дол­жают де­ле­ние, начатое в прародителе. Например, культурные анана­сы бесплод­ны. Их размно­жа­ют только вегетативно. Вегетативное раз­мно­жение рас­тений про­ис­хо­дит обычно на уров­не “организма” в виде отростка с диф­ферен­ци­ро­ван­­ны­ми клетками. Се­год­ня оно реально и на основе единст­вен­ной со­ма­ти­­чес­кой клетки взрос­лого растения.

    Растительные клетки обладают бльшим запа­сом устойчивости при делениях. Хотя растение как организм “смертно”, но его любая клет­ка – “бессмертна”, то есть при последовательном вегетативном воспро­из­водстве продолжает делиться и диф­фе­рен­цироваться в составе рас­те­ния без необходимости полового процесса её обновления (участия мей­оза). Иное дело при размножении “вегетатив­ным” образом животной клет­ки, которое известно и осуществляется сегодня как клонирование.

    Эксперименты по размножению высших форм жизни с помощью кло­­нирования соматических клеток дают модель для раздельного ана­ли­за вклада в продолжительность жизни соматичес­ких клеток действия ор­га­низма как це­лого (регулируемой системы) и устойчивости самой ДНК.

    Если сбои при воспроизведении клеток в многоклеточном организ­ме появляются как следствия нарушений метаболиз­ма организма в це­лом, то ста­рость клонированной особи и особи, полу­чен­ной в результате по­лового процесса, должна быть сопоставима по сро­кам.

    Если же причина сбоев в самом процессе деления ДНК, то ста­рость клонированной особи долж­на на­ступать намного раньше. Ведь ис­ход­ный для клонированного орга­низ­ма набор хромосом и ДНК в со­ма­ти­­ческой клетке есть ре­зуль­тат многих пре­дыдущих деле­ний клетки, из ко­то­­рой извлечены хро­мо­сомы и их ближайшее окружение. Если предель­ное число делений эукариотической клетки с данной молекулой ДНК су­ще­ст­­вует и задано видом ДНК (а также сроком её возникновения в по­ловом про­цес­се, то есть с участием мейоза), то у клонированной клетки ос­та­лось до ле­тальной ошибки меньше де­ле­ний – особь, все клетки которой есть потомки “немолодой” сома­ти­чес­кой ДНК, должна ста­реть рань­ше, чем полученная половым путём (прошедшая через мей­оз).

    В генетике господствует пред­став­ление о ДНК как “магнито­фон­ной ленте”, на которой самое важное найти нужные “слова”, а потом их вырезать, заменять или вставлять во­об­ще новые. В частности, в вопросах старения существуют экспери­мен­таль­ные факты и теория, которые ут­вер­ж­дают, что старение управляется теломерами – концевыми участками хромосом. Они при каждом делении укорачиваются. Когда их длина достигает некоего минимума – клетка гиб­нет. Есть и соответствующий фермент – теломераза, который управ­ля­ет длиной этих участков. Его вве­дение в клетку останавливает уко­ро­че­ние теломеров.

    Экспериментальный результат на сегодня заключается в том, что у клонированной овцы Долли в двухлетнем возрасте длина теломеров мень­ше, чем долж­на быть, и соответствует шестилетнему возрасту [101]. При этом исходная для клонирования клетка была взята именно у шес­ти­лет­ней овцы. Конечно, единичные наблюдения нельзя считать исчер­пы­ва­ющими, однако логика процессов полового размножения говорит, что этот результат должен быть правильным.

    В сложном многоклеточном организме, как и у самых простейших прокариот, обязательно присутствует стремление ДНК клетки к перехо­ду в ста­тическое равновесие. Оно не может принять форму остановки де­ле­ния такую, как в опытах Вудреф, но оно обязательно, а потому нашло форму своего выражения в виде специфических клеток – гамет. Как по­яс­­нялось в этой главе, они есть статическое равновесие при избытке энергии – в гаплоидной форме – парадоксальное равновесие. Почему вместо двойной спирали оказывается устойчивым это парадоксальное рав­новесие, пока не исследовано, но это есть факт. Предель­ное полное воз­буждение ДНК и переход её к статическому равновесию в гаплоид­ной форме есть мейоз. На его завершающих стадиях дейст­вуют те же при­чины ре­парации повреждений ДНК, что и во всех случаях воз­вра­та клет­ки к статическому равновесию. Они исправляют мутации-ошибки, вызванные локальными возбуждениями (рис. 4.7) в процессах ди­на­ми­чес­кого равновесия размножающихся соматических клеток. 

    Митоз при делениях соматических клеток провоцирует “бегущий” по ДНК мутагенез (п. l. в перечислении параграфа 6 главы IV). Он при­водит к добавлениям при каждом делении новых ошибок в ДНК – к ограничению числа возможных делений соматической клетки. Мейоз об­но­в­ляет клетку за счёт своей составляющей в виде возврата к статичес­кому равновесию.

    Процессы производства энергии влияют на долговечность клетки и иными способами. Энтропия характеризует распределение (в частности, распреде­ле­ние) энергии. Рост энтропии в динамических процессах огра­ни­чен пос­ту­плением энергии извне живой системы или её запасом (при распаде жи­вых организмов и их сообществ).

    Обычно в живых системах выполняется закон – при заданной струк­туре живой системы чем интенсивней метаболизм, тем меньше про­должительность жизни. Большее поступление энергии требует боль­шей скорости её диссипации, то есть большей скорости роста энтропии. Однако живая система конкретна. Общие физические законы дейст­вуют при ограничениях конкретных условий. Они могут быть про­с­ты­ми или сложными. Например, раковые клетки делятся практически без ог­ра­ни­че­ний числа делений. Клетки человеческого организма поги­ба­ют после 50 делений. Это связано с иерархической сложностью систе­мы. Раковые клетки отвечают меньшему количеству необходимых для их работы ступеней иерархии, чем клетки организма. На высоких иерар­хи­ческих ступенях информационные отличия внутри ступеней иерархии малы. Этим снижены барьеры, которые отделяют информацию, совмес­ти­мую с выживанием, от несовместимой с ней. При малой информации быстро накапливаются ошибки. Клетки, а с ними и организм, гибнут. Это общий закон, но его детали могут быть разными. Поэтому возможно воздейст­вие на клетки с целью остановить или ускорить старение (ко­торое есть этап перехода к росту энтропии тривиальным путём распада).  Проблема старения – это проблема невозможности вечного рав­но­весия, даже если оно динамическое. Причина возникновения и прогрессивной эво­лю­ции жизни – стрем­ле­ние к максимуму энтро­пии с участием принципа максимума спо­собности к превращениям (максимума производства энт­ро­пии) – разрушение тупиков равновесия. Предельный вариант этого – смерть и деструктивный распад, возвращение продуктов и энергии в не­жи­вую природу.

    Главное отличие животных клеток от растительных – их энер­гетика. Фотосинтезирующая энергетика жизни не связана с необхо­ди­­мо­стью неп­ре­рывно вносить в организм и его клетки разнообразные слож­ные веще­ства. Солнце поставляет растительным клеткам поток теп­ла и энергию (под­робности в этом см. параграф 10 главы VI). Состав­ляю­щие его кван­ты перед поглощением трансформи­ру­ют­ся по час­тоте, что ре­а­ли­­зует передачу потока теп­ла от Солнца. Поэтому не­боль­­шие спектраль­ные отличия в исходном потоке света не вли­яют на детали функ­цио­ни­ро­вания энергетики клетки. Классическая дарвиновс­кая эво­лю­ция как стремление к рав­новесию при максимуме энт­ропии и мини­му­ме произ­вод­ства энтро­пии имеет стабильные ис­ход­ные условия для после­ду­ю­ще­го усовершенствования фотосинтезиру­ю­щей клетки пу­тём увели­че­ния запаса устойчивости и ширины области устойчивости как результата синтеза информации. Это наблюдается в виде итога – фото­син­тези­ру­ю­щей энергетики на ос­но­ве хлорофилла. При веге­та­тивном раз­мно­­же­­нии воз­никает “бес­смер­тие” клетки сложного организма.

    “Пищевая” энергетика животной клетки имеет химический источ­ник – поток веществ. Они унифицируются путём распада до, на­при­мер, глю­козы. В конечном счёте это есть унификация до конкретных квантов  вза­­имодействий как основы химических реакций. В отличие от фото­син­­тезирующей энергетики, отходы этой унификации есть вещества.

    Прин­­цип структурной комплементарности гарантирует снижение от­хо­дов последовательных реакций, но не их полное отсутствие. Усло­вия син­те­за информации теряют одно­знач­ность и долговременную ста­биль­­ность, характерную для фотосинте­зи­рующей энергетики. Вносимые эти­ми условиями возмущения-продукты, умень­шают остроту экстрему­мов. Естественный отбор (как запоминание при синтезе информации) даёт результаты, которые по отношению к деле­ни­ям клетки умень­шают запас ус­тойчивости и ширину области устой­чиво­с­­ти. Поэтому животная клет­ка должна быть быстрее стареющей, чем растительная. Это известно давно. Влияние на долголетие животных и человека состава и коли­че­ст­ва пи­щи, качества вдыхаемого воздуха и потребляемой воды есть мате­ри­­аль­ное выражение этих осо­бен­ностей животной клетки.

    В старении участ­вуют взаимо­дей­ст­вия внут­ри организма как ди­на­ми­ческой систе­мы. В них ошибки накап­ливаются.  Растения-орга­низ­мы столь же смертны, как и животные, хо­тя столетия как интервалы жизни для растений часты, а для живот­ных – исключения.

    Конкретное отображение устойчивости, запаса устойчивости, ши­ри­­ны области устойчивости есть детали кинетики процессов в ДНК, на­пример, теломераза и её изменения. Но, если учитывать перечисленное выше, то это отображает закономерное. Столь же закономер­но, что при кло­ни­ровании разных видов животных должны быть раз­личны детали сро­ков старения клонированных особей.

    Альтернатива тупиков равновесия и максимума производства энт­ро­пии-информации является самым главным в существовании жизни и её про­должении путём раз­множения особей.





     
    polkaknig@narod.ru ICQ 474-849-132 © 2005-2009 Материалы этого сайта могут быть использованы только со ссылкой на данный сайт.