Мысли вслух о квантовой биологии

[imbg]

 
Мы недавно публиковали короткий обзор "Зарождение квантовой биологии". И у меня появилось пару мыслей, навеянных этим словосочетанием.

Я физику знаю отвратительно - но все-таки, имею определенное представление о ньютоновской и квантовой ее частях. Грубо говоря - в плане самих понятий: чем глубже в материю мы проникали, тем сложнее было применять наши обыденные понятия в все уменьшающимся объектам. Поведение электронов, протонов и меньших частичек описывается классической фразой из "ДМБ":

- Видишь суслика? И я не вижу. А он есть!



Более подробнее про казусы понятий в квантовой физике - на видео "Физика в половине девятого" у меня на народе.ру. 

Последнее время этот дуализм - различные подходы к макро- и микрообъектам - постоянно возникает у меня по отношению к живой клетке. Пока мы рассматриваем ее по частям, по молекулам - все вроде бы работает логично. Но как только пытаешься представить всю кухню вместе одномоментно - никакая макрологика не в силах объяснить, как живая клетка остается живой. Про многоклеточные организмы в этом контексте и думать не хочеться.

 

Посмотрим еще раз на то, что такое организм «на самом деле». «Единое целое» составлено из — 5*10^13 клеток — индивидуальных молекулярных машин. Клеток, в которых слаженно работают ~ 10^24—10^26 индивидуальных механизмов — макромолекул, структурно (но не жестко, а весьма лабильно) организованных в надмолекулярные функциональные комплексы, непрерывно распадающиеся и вновь воссоздающиеся. И все это начинается на матрицах — генах, которых в каждой
клетке то ли 25, то ли 120 тыс.  А почти каждый ген альтернативно транскрибируется, транскрипты альтернативно сплайсируют, альтернативно полиаденилируются, редактируются, альтернативнотранслируются и т. д.

Даже по смехотворно заниженным оценкам, в самой примитивно представляемой динамике это дает 10^27 функциональных единиц, у которых рабочие поверхности (для того чтобы состоялось «единое целое») должны строго соответствовать друг другу для самосборки, восприятия регуляторных сигналов, обработки субстратов и прочего [3]. В каждой клетке организма ~ 7*10^9
пар оснований ДНК. Вероятность же мутирования такая, что при всем совершенстве репарации постоянно (!) динамически (т. е. в интервале реального времени между возникновением повреждения и его репарацией) часть генов мутантна.

Недавно эту величину оценивали в интервале от нескольких единиц до нескольких десятков генов на клетку. Но в последние годы, когда точность измерений возросла, а весь геном человека просеквенировали, оценки приходиться менять. Так, при использовании высокочувствительных методов определения апуриновых/апиримидиновых сайтов было установлено, что в каждой (!) клетке млекопитающих их число (в зависимости от ткани) составляет от 50 до 200 тыс. [4 ].

Это количество, являющееся равновесным между возникновением повреждений и их репарацией, присутствует постоянно — репарация не мгновенна. В геноме человека только 1,5 % всех последовательностей являются кодирующими [5]. Если принять (согласно все настойчивее приводимым оценкам), что число генов у человека действительно лежит в диапазоне от 25 тыс, то в среднем непрерывно в состоянии динамических мутаций в каждой клетке будет находиться несколько десятков мутантных генов. А ведь существуют и иные типы мутаций (а не только апуринизация).

Вот и выходит, что по мере углубления наших знаний оценка уровня динамических мутаций меняется только в сторону повышения. Да еще несколько генов уже через сутки—двое становятся мутантно-стабильными, т. е. какие-то динамические мутации закрепляются. Далее мутации неизбежно будут накапливаться. А в каждой клетке (в силу случайного характера повреждений) и динамические, и стабильные мутации будут разными.

В результате, начиная от любой условной точки отсчета, в которой все 100 % клеток были бы абсолютно полноценными, без единой мутации, уже через несколько суток все клетки из единого ансамбля превратятся в единое отмирающее скопление, в котором каждая клетка, имея «свои» мутации, воспроизводящие «свой» мутантный фенотип, будет отмирать «по-своему».

Так следует из существующих представлений. В действительности же такого нет. Почему?.. (Кордюм В.А. "Шагреневая кожа...")


 

Упрощенная схема некоторых  метаболических путей - на самом деле надо добавить еще тысячи подобных, и разместить в капельке диаметром 10-20 микрометров.

А вот если представить, что на уровне макромолекул или время замедляется, или силы действуют по другому - что угодно, что мы пока не в силах представить  из-за инерции мышления? Что если для макрообъектов нужно создать свою теорию, аналогичную квантовой физической теории? Тогда по крайней мере возникает оправдание - да, природа устроена не так, как мы это видим на макроуровне, но зато станет понятно, где искать ответ.

Например, компартментализация макромолекул абсолютно необходима для их функции. Но представить, что все молекулы длинными вереницами снуют туда-сюда, чтоб занять правильный компартмент в понятной для нас форме: из точки А в точку С через промежуточные точки В1, В2,... Вх - ведет к нонсенсу - в клетке не так много места, чтоб всем сотням тысяч молекул организованно перемещаться. Другое дело, если после синтеза молекула совершает нечто вроде "квантового скачка" - мгновенно попадает из точки синтеза в компартмент процессинга, а оттуда телепортируется в рабочий компартмент. Все это не настолько не правдоподобно, по крайней мере если сравнить с правдоподобностью существующих представлений (см. врезку выше).

Даже как это будет приблизительно выглядеть - сказать трудно, и у меня нет особо ярких идей на счет того, как же в реальности все процессы в клетке и организме протекают и регулируются. Но то, что они таки протекают и регулируются, сомневаться не приходится - мы то с вами живем, и размножаемся, и гены наши остаются стабильными в разумных пределах. 

В общем - суета сует с этими макромолекулами. Да, кстати - у кого есть идеи или ссылки на источники с другими объяснениями - милости прошу в комментарии.

Comments

[imbg.livejournal.com]

ну расчеты не мои, но все таки я скорее с ними согласен, чем нет. Но даже 10^10 - огромная цифра!

[praeinant.livejournal.com]

Допустим, эта цифра сопоставима с численностью всей популяцией людей.
Почему же эту популяцию не рассматривать как действующую модель клетки? Найдете там и некую телепортацию: интернет -> мысли в моей голове -> они высветится через сообщение бог знает где -> и в вашей голове.
Если слово клетка и т.д. заменить словом система, то мышление еще более раскрепощится, системы то точно можно сравнивать между собой по всем математически возможным вариантам...
Микросистему наверное никогда не получится узнать так досконально как систему, по которой можно ходить и ездить...
Делайте системные сопостановление систем...
Даже на сиюминутной ситуации такой взгляд может дать некие толчки в мыслях, уж не говоря про то, что если в той среде применить серьезные усилия для формализации тех структур...
и т.д..........

[imbg.livejournal.com]

Тут мы неизменно наталкиваемся на конфликт. Например, что двигает людей циклично ходить на работу и домой. Ответ очевиден, но выразить его в терминах биологии не получится. Назовем мы наше общество системой - но все равно все наши перемещения иначе, чем полу-сознательными объяснениями мы описать не сможем. Или вы можете (ячестно много раз пытался - но застрявал в начале)?
Мы не можем высказать гипотезу о зарплатах и прогрессивках у киназ и фосфатаз. Аналогии обычно чудно работают для объяснения, но для предсказания толку от них мало.

[praeinant.livejournal.com]

что двигает людей циклично ходить на работу и домой
Ну, так можно и переусердствовать, если клетка есть вся популяция людей, то молекула есть человек, а ''работа'' и ''дом'' может быть и нечто мельче чем ''квант''... соблюдение пропорциональности тут тоже нет никчемное...
С другой стороны сначала легче идти от простого, от более общего к более детальному (обычно: сначала начальная школа, потом вуз)

Тут всего так много, что за 5 минут особо не развернешься...
Допустим: система –клетка, как и система-популяция людей – нет совершенные системы. Клетка обычно делится пополам, людской социум вообще врядли будет делится (или пока не делился). А вот млекопитающее (как система) есть своего уровня совершенная система ( в принципе нету ничего приемистее чем ''сначала создается новое, потом рушится старое'') ( сначала дважды/трижды созданное новое (поколение), а потом рушится старое /система/ – все равно есть сначала создается новое, потом рушится старое).
А если залезть поглубже в совершенные системы, то можно определить математически идеальное поведение... А это может дать не только некую расшифровку как ведет себя ''полусовершенная система'' и т.д., но и куда, и как произойдет эволюция несовершенного...

[imbg.livejournal.com]

я этим в свое время очень интересовался, да и до сих пор стараюсь пользоваться аналогиями - но к сожалению пока что бестолку. Но спасибо - я ккстати вспомнил несколько книг, которые рассматривают подобные принципы - все хотел прочитать, да как то руки не дошли. вот теперь стимул появился.

[praeinant.livejournal.com]

Ну, если идти по голым аналогиям то по сравнению с стабильностью клетки/социума, молекулы/люди есть очень нестабильные. ''Продолжительность жизни'' (в соотношении с продолжительностью жизни самой: клетки и социума) молекулы и человека в цифрах после запятой более менее тоже должны соответствовать...
Такое частое обновление означает хаотическую природу поведения внутри системы (клетка, людской социум), хаотичность по моему лучше видна из рассмотра социума. Если этот вектор хаотичности действует на уровне поведения самой молекулы и человека, то их вектор ''целеустремленности'' кроется больше на уровне более микромирном... Это ''уже через несколько суток все клетки из единого ансамбля превратятся в единое отмирающее скопление'' гонит мысль не в ту ''степь''... (как смена людей /через смерть и рождение/ гонит социум в вырождение?)... Само по себе хаотичность аккумулирует ''энергию'' и для лучшего приспособления особи к конкретной ситуации, и дает ''энергию'' ходу (сразу) всей эволюции...
И т.д.

Можете, ради спортивного интереса, даже сформулировать некий, как можно более общий вопрос, из микробиологии, которого я (как не микробиолог могу и не знать), посмотрим что может предсказать более глубокое залезание в ''аналогии''.
Или сформулируйте такой же общий вопрос на которого сами хотите найти ответ... посмотрим можно ли и по данному существу что нибудь по сказать, или нет...

[imbg.livejournal.com]

попробую, но тут опять заковыка - я ведь в социологии не силен, а для таких аналогий надо быть специалистом в обоих областях. Но попробовать стоит.

[praeinant.livejournal.com]

а для таких аналогий надо быть специалистом в обоих областях.

Не обязательно... разделение труда исключить нет особых возможностей... так как есть ''миллион'' профессий, то их знания и навыки пробовать запрессовать в одного конкретного человека, даже звучит глупо...
В совсем общем тут должны содействовать три профессии: микробиолога, социолога и ''соединителя''...
Как и две головы/профессии лучше чем одна, т.е. и из содействия двух может можно что-то полезное извлечь...