In de late lente van 1906 werd Alexander Gavrilovich Gurvich, halverwege de dertig al een bekende wetenschapper, gedemobiliseerd uit het leger. Tijdens de oorlog met Japan diende hij als arts in het achterregiment dat in Chernigov was gestationeerd. (Het was daar dat Gurvich, in zijn eigen woorden, "op de vlucht voor gedwongen luiheid", "Atlas en schets van gewervelde embryologie" schreef en illustreerde, die in de komende drie jaar in drie talen werd gepubliceerd). Nu vertrekt hij met zijn jonge vrouw en dochtertje voor de hele zomer naar Rostov de Grote - naar de ouders van zijn vrouw. Hij heeft geen baan en hij weet nog steeds niet of hij in Rusland blijft of weer naar het buitenland gaat.
Achter de Faculteit Geneeskunde van de Universiteit van München, proefschriftverdediging, Straatsburg en de Universiteit van Bern. De jonge Russische wetenschapper kent al veel Europese biologen; zijn experimenten worden zeer gewaardeerd door Hans Driesch en Wilhelm Roux. En nu - drie maanden volledige afzondering van wetenschappelijk werk en contacten met collega's.
Deze zomer heeft A. G. Gurvich reflecteert op de vraag, die hij zelf als volgt formuleerde: "Wat betekent het dat ik mezelf bioloog noem, en wat wil ik eigenlijk weten?" Dan, gezien het grondig bestudeerde en geïllustreerde proces van spermatogenese, komt hij tot de conclusie dat de essentie van de manifestatie van levende wezens bestaat uit verbindingen tussen individuele gebeurtenissen die synchroon plaatsvinden. Dit bepaalde zijn "kijkhoek" in de biologie.
Het gedrukte erfgoed van A. G. Gurvich - meer dan 150 wetenschappelijke artikelen. De meeste werden gepubliceerd in het Duits, Frans en Engels, die eigendom waren van Alexander Gavrilovich. Zijn werk heeft een duidelijk stempel gedrukt in de embryologie, cytologie, histologie, histofysiologie en algemene biologie. Maar misschien zou het correct zijn om te zeggen dat "de belangrijkste richting van zijn creatieve activiteit de filosofie van de biologie was" (uit het boek "Alexander Gavrilovich Gurvich. (1874-1954)". Moskou: Nauka, 1970).
A. G. Gurvich was in 1912 de eerste die het concept van "veld" in de biologie introduceerde. De ontwikkeling van het biologische veldconcept was het hoofdthema van zijn werk en duurde meer dan een decennium. Gedurende deze tijd hebben Gurvichs opvattingen over de aard van het biologische veld ingrijpende veranderingen ondergaan, maar ze spraken altijd over het veld als een enkele factor die de richting en ordening van biologische processen bepaalt.
Het behoeft geen betoog dat dit concept de komende halve eeuw een treurig lot wachtte. Er was veel speculatie, waarvan de auteurs beweerden de fysieke aard van het zogenaamde "bioveld" te hebben begrepen, iemand nam onmiddellijk op zich om mensen te behandelen. Sommigen verwezen naar A. G. Gurvich, zonder zich te bekommeren om pogingen om zich te verdiepen in de betekenis van zijn werk. De meerderheid wist niets van Gurvich en verwees gelukkig niet, aangezien noch naar de term "bioveld" zelf, noch naar verschillende verklaringen van de werking ervan door A. G. Gurvich heeft geen relatie. Niettemin veroorzaken de woorden "biologisch veld" tegenwoordig onverholen scepsis bij geschoolde gesprekspartners. Een van de doelen van dit artikel is om lezers het waargebeurde verhaal van het biologische veldidee in de wetenschap te vertellen.
Wat beweegt cellen
Promotie video:
A. G. Gurvich was niet tevreden met de stand van de theoretische biologie aan het begin van de 20e eeuw. Hij werd niet aangetrokken door de mogelijkheden van formele genetica, aangezien hij zich ervan bewust was dat het probleem van "overdracht van erfelijkheid" fundamenteel verschilt van het probleem van "implementatie" van eigenschappen in het lichaam.
Misschien is de belangrijkste taak van de biologie tot op de dag van vandaag het zoeken naar een antwoord op de "kinderlijke" vraag: hoe ontstaan levende wezens in al hun diversiteit uit een microscopisch kleine bolletje van een enkele cel? Waarom vormen delende cellen geen vormeloze klonterige kolonies, maar complexe en perfecte structuren van organen en weefsels? In het ontwikkelingsmechanisme van die tijd werd de door W. Ru voorgestelde causaal-analytische benadering gevolgd: de ontwikkeling van het embryo wordt bepaald door een veelvoud aan rigide causale verbanden. Maar deze benadering was niet consistent met de resultaten van de experimenten van G. Driesch, die bewees dat experimenteel veroorzaakte scherpe afwijkingen een succesvolle ontwikkeling niet mogen verstoren. Tegelijkertijd worden individuele delen van het lichaam niet gevormd uit die structuren die normaal zijn - maar ze worden gevormd!Op dezelfde manier vond in Gurvichs eigen experimenten, zelfs met intensieve centrifugatie van amfibie-eieren, die hun zichtbare structuur schonden, verdere ontwikkeling op gelijke wijze plaats - dat wil zeggen, het eindigde op dezelfde manier als bij intacte eieren.
Figuur: 1 Figuren A. G. Gurvich uit het werk van 1914 - schematische afbeeldingen van cellagen in de neurale buis van een haaienembryo. 1 - initiële formatieconfiguratie (A), daaropvolgende configuratie (B) (vetgedrukte lijn - waargenomen vorm, onderbroken - verondersteld), 2 - initiële (C) en waargenomen configuratie (D), 3 - initiaal (E), voorspeld (F). Loodrechte lijnen tonen de lange assen van de cellen - "als je op een bepaald ontwikkelingsmoment een kromme bouwt die loodrecht op de celassen staat, kun je zien dat deze samenvalt met de contouren van een later ontwikkelingsstadium van dit gebied"
A. G. Gurvich voerde een statistische studie uit van mitosen (celdelingen) in symmetrische delen van het zich ontwikkelende embryo of individuele organen en onderbouwde het concept van een "normaliserende factor", waaruit vervolgens het concept van een veld groeide. Gurvich stelde vast dat een enkele factor het algemene beeld van de verdeling van mitosen in delen van het embryo bepaalt, zonder de exacte tijd en locatie van elk van hen te bepalen. Het uitgangspunt van de veldentheorie was ongetwijfeld zelfs vervat in de beroemde formule van Driesch: 'het toekomstige lot van een element wordt bepaald door zijn positie als geheel'. De combinatie van dit idee met het normalisatieprincipe leidt Gurvich tot een begrip van ordelijkheid in het leven als de ‘ondergeschiktheid’ van elementen aan een enkel geheel - in tegenstelling tot hun ‘interactie’. In zijn werk "Erfelijkheid als implementatieproces" (1912) ontwikkelt hij eerst het concept van het embryonale veld - morph. In feite was het een voorstel om de vicieuze cirkel te doorbreken: het ontstaan van heterogeniteit tussen aanvankelijk homogene elementen te verklaren als een functie van de positie van het element in de ruimtelijke coördinaten van het geheel.
Daarna begon Gurvich te zoeken naar de formulering van de wet die de beweging van cellen in het proces van morfogenese beschrijft. Hij ontdekte dat tijdens de ontwikkeling van de hersenen in haaienembryo's 'de lange assen van de cellen van de binnenste laag van het neurale epitheel op een bepaald moment niet loodrecht op het oppervlak van de formatie stonden, maar onder een bepaalde hoek (15-20'). De oriëntatie van de hoeken is natuurlijk: als je op een bepaald ontwikkelingsmoment een kromme construeert die loodrecht op de celassen staat, kun je zien dat deze zal samenvallen met de contour van een later ontwikkelingsstadium van dit gebied”(Fig. 1). Het leek erop dat de cellen "weten" waar ze moeten leunen, waar ze moeten rekken om de gewenste vorm op te bouwen.
Om deze observaties uit te leggen, legt A. G. Gurvich introduceerde het concept van een "krachtoppervlak" dat samenvalt met de contouren van het uiteindelijke oppervlak van het rudiment en de beweging van cellen begeleidt. Gurvich zelf was zich echter bewust van de onvolmaaktheid van deze hypothese. Naast de complexiteit van de wiskundige vorm, was hij niet tevreden met de 'teleologie' van het concept (het leek de beweging van cellen ondergeschikt te maken aan een niet-bestaande, toekomstige vorm). In het daaropvolgende werk "On the concept of embryonic fields" (1922) "wordt de uiteindelijke configuratie van het rudiment niet beschouwd als een aantrekkend krachtoppervlak, maar als het equipotentiaal oppervlak van het veld dat afkomstig is van puntbronnen." In hetzelfde werk werd voor het eerst het concept van "morfogenetisch veld" geïntroduceerd.
Biogeen ultraviolet
"De fundamenten en wortels van het mitogenese probleem werden gelegd in mijn nooit afnemende interesse in het wonderbaarlijke fenomeen van karyokinese (zo werd mitose teruggedraaid in het midden van de vorige eeuw. - Ed. Note)", schreef A. G. Gurvich in 1941 in zijn autobiografische aantekeningen. "Mitogenese" - een werkterm die werd geboren in het laboratorium van Gurvich en al snel algemeen werd gebruikt, is gelijk aan het concept van "mitogenetische straling" - zeer zwakke ultraviolette straling van dierlijke en plantaardige weefsels die het proces van celdeling (mitose) stimuleert.
A. G. Gurvich kwam tot de conclusie dat het noodzakelijk is om mitoses in een levend object niet als geïsoleerde gebeurtenissen te beschouwen, maar als geheel als iets gecoördineerd - of het nu gaat om strikt georganiseerde mitoses van de eerste fasen van eicelsplitsing of schijnbaar willekeurige mitosen in de weefsels van een volwassen dier of plant. Gurvich geloofde dat alleen de herkenning van de integriteit van het organisme het mogelijk zou maken om de processen van de moleculaire en cellulaire niveaus te combineren met de topografische kenmerken van de distributie van mitosen.
Sinds het begin van de jaren twintig van de vorige eeuw heeft A. G. Gurvich overwoog verschillende mogelijkheden van externe invloeden die mitose stimuleren. In zijn gezichtsveld stond het concept van plantenhormonen, destijds ontwikkeld door de Duitse botanicus G. Haberlandt. (Hij deed een slurry van geplette cellen op plantenweefsel en observeerde hoe weefselcellen actiever beginnen te delen.) Maar het was niet duidelijk waarom het chemische signaal niet alle cellen op dezelfde manier beïnvloedt, waarom bijvoorbeeld kleine cellen zich vaker delen dan grote. Gurvich suggereerde dat het hele punt in de structuur van het celoppervlak zit: misschien zijn in jonge cellen oppervlakte-elementen op een speciale manier georganiseerd, gunstig voor de waarneming van signalen, en naarmate de cel groeit, wordt deze organisatie verstoord. (Natuurlijk was er nog geen concept van hormoonreceptoren.)
Als deze aanname echter juist is en de ruimtelijke verdeling van sommige elementen belangrijk is voor de waarneming van het signaal, suggereert de aanname op zich dat het signaal misschien niet chemisch van aard is, maar fysiek van aard: straling die bepaalde structuren van het celoppervlak beïnvloedt, is bijvoorbeeld resonant. Deze overwegingen werden uiteindelijk bevestigd in een experiment dat later algemeen bekend werd.
Figuur: 2 Inductie van mitose aan het uiteinde van de uienwortel (ontleend aan het werk "Das Problem der Zellteilung fysiologisch betrachtet", Berlijn, 1926). Toelichtingen in de tekst.
Hier is een beschrijving van dit experiment, dat in 1923 werd uitgevoerd op de Crimean University. De emitterende wortel (inductor), verbonden met de bol, werd horizontaal versterkt en de punt ervan was gericht naar de meristeemzone (dat wil zeggen naar de zone van celproliferatie, in dit geval ook gelegen nabij de worteltop. - Noot) van de tweede soortgelijke wortel (detector) verticaal bevestigd. De afstand tussen de wortels was 2-3 mm”(afb. 2). Aan het einde van de opname werd de waarnemende wortel nauwkeurig gemarkeerd, gefixeerd en in een reeks longitudinale secties gesneden die evenwijdig aan het mediale vlak liepen. De coupes werden onder een microscoop onderzocht en het aantal mitosen werd geteld op de bestraalde en controlekant.
Het was toen al bekend dat de discrepantie tussen het aantal mitosen (meestal 1000-2000) in beide helften van de worteltop normaal gesproken niet groter is dan 3-5%. Dus "een significant, systematisch, sterk beperkt overwicht in het aantal mitosen" in de centrale zone van de waarnemende wortel - en dit is wat de onderzoekers zagen op de secties - getuigde onbetwistbaar van de invloed van een externe factor. Iets dat uit de punt van de inductorwortel kwam, dwong de cellen van de detectorwortel om actiever te delen (figuur 3).
Nader onderzoek toonde duidelijk aan dat het om straling ging en niet om vluchtige chemicaliën. De impact verspreidde zich in de vorm van een smalle evenwijdige straal - zodra de inducerende wortel enigszins naar de zijkant werd afgebogen, verdween het effect. Het verdween ook als er een glasplaat tussen de wortels werd geplaatst. Maar als de plaat van kwarts was gemaakt, bleef het effect bestaan! Dit suggereerde dat de straling ultraviolet was. Later werden de spectrale grenzen nauwkeuriger ingesteld - 190-330 nm, en werd de gemiddelde intensiteit geschat op 300-1000 fotonen / s per vierkante centimeter. Met andere woorden, de mitogenetische straling die door Gurvich werd ontdekt, was medium en bijna ultraviolet met een extreem lage intensiteit. (Volgens moderne gegevens is de intensiteit zelfs nog lager - in de orde van grootte van tientallen fotonen / s per vierkante centimeter.)
Figuur: 3 Grafische weergave van de effecten van vier experimenten. De positieve richting (boven de abscis-as) betekent het overwicht van mitose aan de bestraalde zijde.
Een natuurlijke vraag: hoe zit het met het ultraviolet van het zonnespectrum, beïnvloedt het de celdeling? In experimenten werd een dergelijk effect uitgesloten: in het boek van A. G. Gurvich en L. D. Gurvich "Mitogenetische straling" (M., Medgiz, 1945), in de sectie met methodologische aanbevelingen, wordt duidelijk aangegeven dat de ramen tijdens experimenten gesloten moeten zijn, er mag geen open vuur zijn en bronnen van elektrische vonken in laboratoria. Bovendien gingen de experimenten noodzakelijkerwijs gepaard met controles. Er moet echter worden opgemerkt dat de intensiteit van de zonne-UV veel hoger is, daarom zou het effect op levende objecten in de natuur hoogstwaarschijnlijk compleet anders moeten zijn.
Het werk aan dit onderwerp werd nog intensiever na de overgang van A. G. Gurvich in 1925 aan de Universiteit van Moskou - hij werd unaniem gekozen tot hoofd van de afdeling Histologie en Embryologie van de Faculteit der Geneeskunde. Mitogenetische straling werd gevonden in gist- en bacteriële cellen, het klieven van eieren van zee-egels en amfibieën, weefselculturen, cellen van kwaadaardige tumoren, zenuwstelsel (inclusief geïsoleerde axonen) en spierstelsels, bloed van gezonde organismen. Zoals te zien is in de lijst, worden ook niet-splijtbare weefsels uitgestoten - laten we dit feit niet vergeten.
De ontwikkelingsstoornissen van zee-egellarven die in afgesloten kwartsvaten werden gehouden onder invloed van langdurige mitogenetische straling van bacteriële culturen in de jaren 30 van de twintigste eeuw, werden bestudeerd door J. en M. Magrou aan het Pasteur Instituut. (Tegenwoordig worden dergelijke studies met embryo's van vissen en amfibieën uitgevoerd bij de biofacies van de Moscow State University door AB Burlakov.)
Een andere belangrijke vraag die onderzoekers in diezelfde jaren stellen: hoe ver verspreidt de werking van straling zich in levend weefsel? De lezer zal zich herinneren dat een lokaal effect werd waargenomen in het experiment met uienwortels. Is er naast hem ook actie op lange afstand? Om dit vast te stellen, werden modelexperimenten uitgevoerd: met lokale bestraling van lange buizen gevuld met oplossingen van glucose, pepton, nucleïnezuren en andere biomoleculen, verspreidde de straling zich door de buis. De voortplantingssnelheid van de zogenaamde secundaire straling was ongeveer 30 m / s, wat de veronderstelling over de stralingschemische aard van het proces bevestigde. (In moderne termen, biomoleculen, die UV-fotonen absorberen, fluoresceren, en een foton uitzenden met een langere golflengte. De fotonen gaven op hun beurt aanleiding tot latere chemische transformaties.)bij sommige experimenten werd de voortplanting van straling waargenomen over de gehele lengte van een biologisch object (bijvoorbeeld in de lange wortels van dezelfde boog).
Gurvich en zijn collega's toonden ook aan dat de sterk verzwakte ultraviolette straling van een fysieke bron ook de celdeling in de uienwortels bevordert, net als een biologische inductor.
Fotonen zijn geleidend
Waar komt UV-straling vandaan in een levende cel? A. G. Gurvich en collega's hebben de spectra van enzymatische en eenvoudige anorganische redoxreacties vastgelegd in hun experimenten. De vraag naar de bronnen van mitogenetische straling bleef enige tijd open. Maar in 1933, na de publicatie van de hypothese van de fotochemicus V. Frankenburger, werd de situatie met de oorsprong van intracellulaire fotonen duidelijk. Frankenburger geloofde dat de bron van het verschijnen van hoogenergetische ultraviolette kwanta de zeldzame handelingen waren van recombinatie van vrije radicalen die optreden tijdens chemische en biochemische processen en, vanwege hun zeldzaamheid, geen invloed hadden op de algehele energiebalans van reacties.
De energie die vrijkomt bij de recombinatie van radicalen wordt geabsorbeerd door de substraatmoleculen en uitgezonden met een spectrum dat kenmerkend is voor deze moleculen. Dit schema werd verfijnd door N. N. Semyonov (toekomstige Nobelprijswinnaar) en in deze vorm werd opgenomen in alle volgende artikelen en monografieën over mitogenese. De moderne studie van de chemiluminescentie van levende systemen heeft de juistheid van deze opvattingen, die tegenwoordig algemeen worden aanvaard, bevestigd. Hier is slechts één voorbeeld: onderzoeken naar fluorescerende eiwitten.
Natuurlijk worden verschillende chemische bindingen in het eiwit geabsorbeerd, inclusief peptidebindingen - in het middelste ultraviolet (meest intensief - 190-220 nm). Maar aromatische aminozuren, vooral tryptofaan, zijn relevant voor fluorescentiestudies. Het heeft een absorptiemaximum bij 280 nm, fenylalanine bij 254 nm en tyrosine bij 274 nm. Deze aminozuren absorberen ultraviolette quanta en zenden ze vervolgens uit in de vorm van secundaire straling - natuurlijk, met een langere golflengte, met een spectrum dat kenmerkend is voor een bepaalde toestand van het eiwit. Bovendien, als er ten minste één tryptofaanresidu in het eiwit aanwezig is, zal alleen deze fluoresceren - de energie die wordt geabsorbeerd door de tyrosine- en fenylalanineresiduen wordt er opnieuw naar toe verdeeld. Het fluorescentiespectrum van een tryptofaanresidu hangt sterk af van de omgeving - of het residu zich bijvoorbeeld in de buurt van het oppervlak van het bolletje of binnenin bevindt, enz.en dit spectrum varieert in de 310-340 nm-band.
A. G. Gurvich en zijn collega's toonden in modelexperimenten naar peptidesynthese aan dat kettingprocessen waarbij fotonen betrokken zijn, kunnen leiden tot splitsing (fotodissociatie) of synthese (fotosynthese). Fotodissociatiereacties gaan gepaard met straling, terwijl fotosyntheseprocessen niet uitzenden.
Nu werd duidelijk waarom alle cellen uitzenden, maar tijdens mitose - vooral sterk. Het mitoseproces is energie-intensief. Bovendien, als in een groeiende cel de accumulatie en consumptie van energie parallel gaat met assimilatieve processen, wordt tijdens mitose alleen de energie verbruikt die door de cel in de interfase is opgeslagen. Het uiteenvallen van complexe intracellulaire structuren (bijvoorbeeld de schil van de kern) en energieverbruikende omkeerbare creatie van nieuwe, bijvoorbeeld chromatine-supercoils, vindt plaats.
A. G. Gurvich en zijn collega's werkten ook aan de registratie van mitogenetische straling met behulp van fotonentellers. Naast het Gurvich-laboratorium aan de Leningrad IEM, vinden deze studies ook plaats in Leningrad, aan de Phystech onder A. F. Ioffe, geleid door G. M. Frank, samen met natuurkundigen Yu. B. Khariton en S. F. Rodionov.
In het Westen hielden vooraanstaande specialisten als B. Raevsky en R. Oduber zich bezig met de registratie van mitogenetische straling met behulp van fotomultiplicatorbuizen. We moeten ook aan G. Barth denken, een leerling van de beroemde fysicus W. Gerlach (grondlegger van kwantitatieve spectrale analyse). Bart werkte twee jaar in het laboratorium van A. G. Gurvich en zette zijn onderzoek voort in Duitsland. Hij behaalde betrouwbare positieve resultaten bij het werken met biologische en chemische bronnen, en leverde bovendien een belangrijke bijdrage aan de methodiek voor het detecteren van ultrazwakke straling. Barth voerde voorlopige gevoeligheidskalibratie uit en selecteerde fotovermenigvuldigers. Tegenwoordig is deze procedure verplicht en routine voor iedereen die betrokken is bij het meten van zwakke lichtstromen. Het was echter juist het negeren van deze en enkele andere noodzakelijke vereisten die een aantal vooroorlogse onderzoekers beletten overtuigende resultaten te behalen.
Tegenwoordig zijn indrukwekkende gegevens verkregen over de registratie van superzwakke straling uit biologische bronnen bij het International Institute of Biophysics (Duitsland) onder leiding van F. Popp. Sommige van zijn tegenstanders staan echter sceptisch tegenover deze werken. Ze zijn geneigd te geloven dat biofotonen metabolische bijproducten zijn, een soort lichtruis dat geen biologische betekenis heeft. "De emissie van licht is een volkomen natuurlijk en vanzelfsprekend fenomeen dat gepaard gaat met veel chemische reacties", benadrukt de natuurkundige Rainer Ulbrich van de Universiteit van Göttingen. Bioloog Gunther Rothe beoordeelt de situatie op de volgende manier: “Biofotonen bestaan zonder twijfel - vandaag de dag wordt dit ondubbelzinnig bevestigd door zeer gevoelige apparaten waarover de moderne fysica beschikt. Wat betreft de interpretatie van Popp (we hebben het overdat chromosomen zogenaamd coherente fotonen uitzenden. - Notitie. Ed.), Dan is dit een mooie hypothese, maar de voorgestelde experimentele bevestiging is nog volstrekt onvoldoende om de validiteit ervan te erkennen. Aan de andere kant moeten we er rekening mee houden dat het in dit geval erg moeilijk is om bewijs te verkrijgen, omdat ten eerste de intensiteit van deze fotonenstraling erg laag is en ten tweede de klassieke methoden voor het detecteren van laserlicht die in de natuurkunde worden gebruikt, hier moeilijk toe te passen zijn.en ten tweede zijn de klassieke methoden voor het detecteren van laserlicht die in de natuurkunde worden gebruikt, hier moeilijk toe te passen”.en ten tweede zijn de klassieke methoden voor het detecteren van laserlicht die in de natuurkunde worden gebruikt, hier moeilijk toe te passen”.
Gecontroleerde onevenwichtigheid
Regulerende verschijnselen in protoplasma A. G. Gurvich begon te speculeren na zijn vroege experimenten met het centrifugeren van bevruchte eieren van amfibieën en stekelhuidigen. Bijna 30 jaar later, bij het begrijpen van de resultaten van mitogenetische experimenten, kreeg dit onderwerp een nieuwe impuls. Gurvich is ervan overtuigd dat de structurele analyse van een materiaalsubstraat (een set van biomoleculen) dat reageert op externe invloeden, ongeacht de functionele toestand, zinloos is. A. G. Gurvich formuleert de fysiologische theorie van protoplasma. De essentie is dat levende systemen een specifiek moleculair apparaat hebben voor energieopslag, dat in wezen niet in evenwicht is. In een algemene vorm is dit een fixatie van het idee dat een instroom van energie nodig is voor het lichaam, niet alleen voor groei of uitvoering van het werk, maar vooral om die toestand te behouden,die we levend noemen.
De onderzoekers vestigden de aandacht op het feit dat een uitbarsting van mitogenetische straling noodzakelijkerwijs werd waargenomen wanneer de energiestroom beperkt was, waardoor een bepaald niveau van metabolisme van het levende systeem werd gehandhaafd. (Onder 'beperking van de energiestroom' moet worden verstaan een afname van de activiteit van enzymatische systemen, onderdrukking van verschillende processen van transmembraantransport, een afname van het niveau van synthese en verbruik van hoogenergetische verbindingen - dat wil zeggen, alle processen die de cel van energie voorzien - bijvoorbeeld tijdens omkeerbare afkoeling van een object of bij lichte anesthesie.) Gurvich formuleerde het concept van extreem labiele moleculaire formaties met een verhoogd energiepotentieel, niet-evenwicht in de natuur en verenigd door een gemeenschappelijke functie. Hij noemde ze niet-evenwichtsmoleculaire constellaties (NMC).
A. G. Gurvich geloofde dat het de desintegratie van NMC, de verstoring van de organisatie van protoplasma, was die een uitbarsting van straling veroorzaakte. Hier heeft hij veel gemeen met de ideeën van A. Szent-Györgyi over de migratie van energie langs de algemene energieniveaus van eiwitcomplexen. Vergelijkbare ideeën voor het onderbouwen van de aard van "biofotonische" straling worden nu uitgedrukt door F. Popp - hij noemt de migrerende excitatiegebieden "polaritonen". Vanuit natuurkundig oogpunt is hier niets ongewoons. (Welke van de momenteel bekende intracellulaire structuren zou geschikt kunnen zijn voor de rol van NMC in de theorie van Gurvich - deze intellectuele oefening zal aan de lezer worden overgelaten.)
Experimenteel werd ook aangetoond dat straling ook optreedt wanneer een substraat mechanisch wordt beïnvloed - tijdens centrifugeren of het aanleggen van een zwakke spanning. Dit maakte het mogelijk om te zeggen dat NMC ook ruimtelijke ordening bezit, die zowel werd verstoord door mechanische invloeden als door beperking van de energiestroom.
Op het eerste gezicht valt op dat NMC's, waarvan het bestaan afhangt van de instroom van energie, sterk lijken op dissipatieve structuren die ontstaan in thermodynamisch niet-evenwichtssystemen, die werden ontdekt door de Nobelprijswinnaar I. R. Prigogine. Iedereen die dergelijke structuren heeft bestudeerd (bijvoorbeeld de Belousov-Zhabotinsky-reactie) weet echter heel goed dat ze niet absoluut exact worden gereproduceerd van ervaring tot ervaring, hoewel hun algemene karakter blijft bestaan. Bovendien zijn ze buitengewoon gevoelig voor de minste verandering in de parameters van een chemische reactie en externe omstandigheden. Dit alles betekent dat, aangezien levende objecten ook niet-evenwichtsformaties zijn, ze de unieke dynamische stabiliteit van hun organisatie niet alleen kunnen behouden door de stroom van energie. Een enkele bestelfactor van het systeem is ook vereist. Deze factor A. G. Gurvich noemde het een biologisch veld.
Gurvich verbond de bron van het veld met het midden van de cel, later met de kern, en in de definitieve versie van de theorie met de chromosomen. Naar zijn mening is het veld ontstaan tijdens de transformaties (synthese) van chromatine, en zou het chromatine-gebied de bron van het veld kunnen worden, alleen in het veld van het aangrenzende gebied, dat zich al in deze staat bevond. Het veld van het object als geheel bestond, volgens de latere ideeën van Gurvich, als de som van de velden van cellen.
In een korte samenvatting ziet de definitieve versie van de biologische (cellulaire) veldentheorie er zo uit. Het veld heeft een vectorkarakter, geen kracht. (Onthoud: een krachtveld is een gebied in de ruimte, op elk punt waarvan een bepaalde kracht inwerkt op een testobject dat erin is geplaatst, bijvoorbeeld een elektromagnetisch veld. Een vectorveld is een gebied in de ruimte, op elk punt waarvan een bepaalde vector wordt gegeven, bijvoorbeeld de snelheidsvectoren van deeltjes in een bewegende vloeistof.) Moleculen die in aangeslagen toestand verkeren en dus een overmaat aan energie hebben, vallen onder de werking van het vectorveld. Ze verwerven een nieuwe oriëntatie, vervormen of verplaatsen zich in het veld niet vanwege zijn energie (dat wil zeggen, niet op dezelfde manier als het gebeurt met een geladen deeltje in een elektromagnetisch veld), maar door hun eigen potentiële energie te besteden. Een aanzienlijk deel van deze energie wordt omgezet in kinetische energie; wanneer de overtollige energie wordt verbruikt en het molecuul terugkeert naar een niet-aangeslagen toestand, stopt het effect van het veld erop. Als gevolg hiervan wordt spatio-temporele ordening gevormd in het cellulaire veld - NMC wordt gevormd, gekenmerkt door een verhoogd energiepotentieel.
In vereenvoudigde vorm kan de volgende vergelijking dit verduidelijken. Als de moleculen die in de cel bewegen, auto's zijn en hun overtollige energie benzine is, vormt het biologische veld het reliëf van het terrein waarop de auto's rijden. Door het "reliëf" te gehoorzamen, vormen moleculen met vergelijkbare energiekarakteristieken NMC. Ze zijn, zoals reeds vermeld, niet alleen energetisch verenigd, maar ook door een gemeenschappelijke functie, en bestaan ten eerste door de instroom van energie (auto's kunnen niet zonder benzine), en ten tweede door de ordenende werking van het biologische veld (off-road de auto zal niet passeren). Individuele moleculen komen constant binnen en verlaten de NMC, maar de hele NMC blijft stabiel totdat de waarde van de energiestroom die eraan wordt gevoerd, verandert. Met een afname van zijn waarde, ontleedt de NMC en wordt de daarin opgeslagen energie vrijgegeven.
Laten we ons nu eens voorstellen dat in een bepaald gebied van levend weefsel de instroom van energie is afgenomen: het verval van NMC is intenser geworden, daarom is de intensiteit van de straling toegenomen, juist degene die de mitose controleert. Mitogenetische straling is natuurlijk nauw verwant aan het veld - hoewel het er geen deel van uitmaakt! Zoals we ons herinneren, wordt tijdens verval (dissimilatie) overtollige energie uitgezonden, die niet wordt gemobiliseerd in de NMC en niet betrokken is bij de syntheseprocessen; juist omdat in de meeste cellen de processen van assimilatie en dissimilatie gelijktijdig plaatsvinden, hoewel in verschillende verhoudingen, hebben de cellen een karakteristiek mitogenetisch regime. Hetzelfde is het geval met energiestromen: het veld heeft niet direct invloed op hun intensiteit, maar kan, door een ruimtelijk "reliëf" te vormen, hun richting en distributie effectief regelen.
A. G. Gurvich werkte tijdens de moeilijke oorlogsjaren aan de definitieve versie van de veldentheorie. "Theorie van het biologische veld" werd gepubliceerd in 1944 (Moskou: Sovjetwetenschap) en in de daaropvolgende editie in het Frans - in 1947. De theorie van cellulaire biologische velden heeft zelfs onder de aanhangers van het vorige concept tot kritiek en misverstanden geleid. Hun grootste verwijt was dat Gurvich naar verluidt het idee van het geheel had verlaten en terugkeerde naar het principe van interactie van individuele elementen (dat wil zeggen, de velden van individuele cellen), dat hij zelf verwierp. In het artikel "Het concept van het" geheel "in het licht van de theorie van het cellulaire veld" (Collectie "Werkt op mitogenese en de theorie van biologische velden." M.: Uitgeverij van de AMN, 1947) A. G. Gurvich laat zien dat dit niet het geval is. Omdat de velden die door individuele cellen worden gegenereerd, hun limieten overschrijden,en de veldvectoren worden op elk punt in de ruimte opgeteld volgens de regels van geometrische optelling, het nieuwe concept onderbouwt het concept van een "werkelijk" veld. Dit is in feite een dynamisch integraal veld van alle cellen van een orgaan (of organisme), dat in de loop van de tijd verandert en de eigenschappen van een geheel heeft.
Sinds 1948 heeft A. G. Gurvich moet zich voornamelijk concentreren op de theoretische sfeer. Na de zitting van VASKhNIL in augustus zag hij geen kans om verder te werken aan het Instituut voor Experimentele Geneeskunde van de Russische Academie voor Medische Wetenschappen (waarvan hij de directeur was sinds de oprichting van het instituut in 1945) en begin september vroeg hij zich aan bij het presidium van de Academie voor pensionering. In de laatste jaren van zijn leven schreef hij veel werken over verschillende aspecten van biologische veldentheorie, theoretische biologie en biologische onderzoeksmethodologie. Gurvich beschouwde deze werken als hoofdstukken van een enkel boek, dat in 1991 werd gepubliceerd onder de titel "Principles of Analytical Biology and Theory of Cell Fields" (Moskou: Nauka).
Empathie zonder begrip
De werken van A. G. Gurvich over mitogenese vóór de Tweede Wereldoorlog was erg populair, zowel in ons land als in het buitenland. In het laboratorium van Gurvich werden de processen van carcinogenese actief bestudeerd, in het bijzonder werd aangetoond dat het bloed van kankerpatiënten, in tegenstelling tot het bloed van gezonde mensen, geen bron van mitogenetische straling is. In 1940 maakte A. G. Gurvich ontving de Staatsprijs voor zijn werk aan de mitogenetische studie van het probleem van kanker. De "veld" -concepten van Gurvich genoten nooit een grote populariteit, hoewel ze steevast grote belangstelling wekten. Maar deze interesse in zijn werk en rapporten is vaak oppervlakkig gebleven. A. A. Lyubishchev, die zichzelf altijd een student van A. G. Gurvich beschreef deze houding als 'sympathie zonder begrip'.
In onze tijd is sympathie vervangen door vijandigheid. Een belangrijke bijdrage aan het in diskrediet brengen van de ideeën van A. G. Gurvich werd geïntroduceerd door enkele potentiële volgers, die de gedachten van de wetenschapper interpreteerden "volgens hun eigen inzicht". Maar het belangrijkste is niet eens dat. Gurvichs ideeën bleken buiten het pad van de "orthodoxe" biologie te vallen. Na de ontdekking van de dubbele helix verschenen nieuwe en aantrekkelijke perspectieven voor onderzoekers. De keten "gen - proteïne - teken" aangetrokken door zijn concreetheid, schijnbaar gemak om een resultaat te verkrijgen. Natuurlijk werden moleculaire biologie, moleculaire genetica en biochemie mainstreams, en niet-genetische en niet-enzymatische controleprocessen in levende systemen werden geleidelijk naar de periferie van de wetenschap geduwd, en hun eigen studie begon als een dubieuze, frivole bezigheid te worden beschouwd.
Voor moderne fysisch-chemische en moleculaire takken van de biologie is het begrip van integriteit buitenaards, wat A. G. Gurvich beschouwde het als een fundamentele eigenschap van levende wezens. Aan de andere kant wordt versnippering praktisch gelijkgesteld aan het verwerven van nieuwe kennis. De voorkeur gaat uit naar onderzoek naar de chemische kant van verschijnselen. Bij de studie van chromatine wordt de nadruk verlegd naar de primaire structuur van DNA, en daarin zien ze liever primair een gen. Hoewel de onevenwichtigheid van biologische processen formeel wordt erkend, kent niemand het een belangrijke rol toe: de overgrote meerderheid van de werken is erop gericht onderscheid te maken tussen "zwart" en "wit", de aan- of afwezigheid van proteïne, de activiteit of inactiviteit van een gen. (Het is niet voor niets dat thermodynamica onder studenten van biologische universiteiten een van de meest onbeminde en slecht waargenomen takken van de natuurkunde is.) Wat zijn we in een halve eeuw na Gurvich kwijtgeraakt,hoe groot de verliezen zijn - de toekomst van de wetenschap zal het antwoord vertellen.
Waarschijnlijk heeft de biologie nog geen ideeën over de fundamentele integriteit en onevenwichtigheid van levende wezens, over een enkel ordeningsprincipe dat deze integriteit waarborgt. En misschien lopen de ideeën van Gurvich nog voorop, en is hun geschiedenis nog maar net begonnen.
O. G. Gavrish, kandidaat voor biologische wetenschappen
"Chemie en leven - XXI eeuw"
