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

[triggg.livejournal.com]

Почитал я пост и комменты – всё та же проблема в отсутствии логики в науке. Генетика и биология, как и физика, экономика, философия, увы, топчутся на старом фундаменте формальной логики. Примеры ошибочного подхода в следующих цитатах:

пример корпускулярно-волнового дуализма в физике, когда говорю про моделирование популяций…
процесс квантовой редукции применительно к живой материи не полностью случаен, живая материя способна выбирать благоприятный для себя вариант…
о подходах физиков к фундаментальным проблемам биологии…
представление о работе клетки пришедшее из программирование про массивы чисел и перебор под ифами…
с точки зрения молбиолога - все тут же перемешывается…
Надо проинтегрировать уравнение Шредингера для макромолекулы…
"Что такое жизнь с точки зрения физика"…
что такое жизнь с точки зрения математика…
Особенно вредны "философские" подходы…
на сколько возможно фищику доказать мгновенные телепортации макромолекул в массовом порядке внутри клетки…
Делайте системные сопостановление систем...
Например, что двигает людей циклично ходить на работу и домой. Ответ очевиден, но выразить его в терминах биологии не получится…
и до сих пор стараюсь пользоваться аналогиями - но к сожалению пока что бестолку…

Не буду говорить конкретно по каждой цитате, в общем и в конкретном. В физике камнем логического преткновения является понятие и явление «сила». В экономике – «стоимость». В философии – логика, как единство материи и мышления. А в биологии – понятие и явление «жизнь». Как сила, стоимость, логика, так и жизнь, является пока что для ученых неким нематериальным явлением, существующим только в рассуждении, в мыслях. Поэтому все, как физики, так и экономисты с биологами и генетиками, пытаются в рассмотрении и исследовании элементов, найти законы бытия, материи, жизни, в отрыве элементов явлений со всем явлением. В действительности всё взаимосвязано, и, к примеру, процессы в клетке происходят только тогда, когда она жива. Поэтому, даже по самому этому факту, следует рассматривать процессы в клетке и организме только во взаимосвязи и обусловленности с жизнью. Точно также и в физике дальнейшее её развитие тормозится тем, что физики не учитывают взаимосвязь силы с физическими процессами и явлениями. Ну а словоблудие в философии, где «дух» философов оторван от действительности и не имеет никакой взаимосвязи с реальностью, настолько очевидно всем физикам и генетикам :) что они выплеснули за борт вместе с философией и её ребёнка – логику бытия. А бытие, и жизнь в том числе, существует не по законам и формулам формальной логики.

[imbg.livejournal.com]

ну, в принципе тонко подмечено - но какие практические выводы из этого можно сделать? Т.е. как всю эту логику можно перенести на конкретную задачу? В моем вопросе - это объяснить необъяснимое - путаницу в метаболизме клетки, которую мы наблюдаем при простом сложении многих процессов вместе.

[triggg.livejournal.com]

Здесь я вам ничем помочь не могу, я не биолог, я логик. Я знаю логику бытия, но чтобы применить её к изучению и пониманию механизмов метаболизма и, к примеру, эволюции, надо не только знать диалектическую логику, но и владеть предметом, биологией. А из конкретных наук я владею только экономикой, ну и обществоведением. Так что тут вы сами. Наверно слышали про диалектическую логику? Я про неё и говорю, и в диалектическом подходе, в биологии пока никто не работал. Так, в общих понятиях и чертах повехностно интересовался вашим предметом в разработке диалектики, но не более того, что требовалось для выяснения омеханизма работы мозга и мышления в общем виде.

[imbg.livejournal.com]

...и в диалектическом подходе, в биологии пока никто не работал...

Ну отчего же - тот же Анти-дюринг очень даже останавливался набиологии. правда на уровне того времени.

[triggg.livejournal.com]

"Анти-Дюринг", это вообще-то работа Энгельса так называется, написанная в ответ на книгу Дюринга.
Вы спутали с "Диалектикой природы" Энгельса.
Ну что сказать...про логику биологов...то же самое, что про логику философов :))

[imbg.livejournal.com]

Нет я имел Анти-Дюринг - это которая,как вы верно заметили, критика Дюринга.

[triggg.livejournal.com]

Даже не помню уже, есть ли там у него о биологии в свете диалектики, а сейчас и лень залезать :)
Всё равно, на нынешнем уровне моих знаний работы Энегельса не раскрывают форму, сущность, и применение диалектики. Маркс не успел сформулировать свой метод, а Энегельс не мог.

[triggg.livejournal.com]

То есть, резюмируя, применить логику в вашей работе сможете только вы сами, но для этого надо будет изучить диалектическую логику, о которой вам сейчас скажут столько небылиц, что я сомневаюсь в вашей стойкости духа перед этим натиском псевдо- и лженаучных представлений :)
Ну, к примеру, ваш вопрос:
"объяснить необъяснимое - путаницу в метаболизме клетки, которую мы наблюдаем при простом сложении многих процессов вместе."

Говорит только о том, что ваша логика неприменима для объяснения этого процесса. Вы ж понимаете, что имея предмет исследования и необходимый инструмент - логику исследования, вы сможете понять этот процесс легко и быстро.
С что нам говорят генетики? О-о-о, тут начинается такая лабуда о "генетической обсловленности мышления" без каких-либо доказательств, а в качестве аргументов используются математческие выкладки выдуманной ими математической модели мутаций. Каждый человек у них - мутант :)))

[triggg.livejournal.com]

Опять забыл добавить по делу - простое сложение многих процессов не приводящее к результату, логически, говорит о том, что тут надо перейти в другое качество логики, тут требуетсяпереход количества в качество.

[imbg.livejournal.com]

Ну прям уж, как вы низко думаете о биологах - тут и количество в качество, и борьба противоположностей, и отрицание отрицания очень уважается и применяется. Вот только в моем конкретном вопросе зацепится не за что. Хотя есть наметки, но пока очень слабо все вместе слагается.

[triggg.livejournal.com]

В биологии количество в качество?
и даже борьба противоположностей :)

А пример не укажите?

[imbg.livejournal.com]

ну это уже почти классика: внеклеточный гормон из кровотока (адреналин или инсулин там) соединяется с рецептором на мембране клетки (специальный датчик) в соотношении 1:1. Обычно несоклько десятков таких комплексов (лиганд-рецептор) объединяются в группу, а несколько групп - воедино (прикидолчно - до ста единиц собираются вместе) и только тогда происходит "пробой" - сигнал идет внутрь клетки. Т.е. количество связанных молекул гормона в какой-то момент дают сигнал - по принципу все или ничего: каждый по отдельности не дает сигнала, даже слабенького, важна их кооперация.

[triggg.livejournal.com]

Увы, должен вас огорчить. Это не диалектика живой клетки, и не диалектика метаболизма. Здесь вы просто притягиваете известный вам закон диалектики к отдельному,частному,явлению.А диалектика предписывает рассматривать во взаимосвязи и развитии частного с общим. Общей категории здесь у кас нет, а потому это всего лишь попытка неумелого применения без знания предмета.

[imbg.livejournal.com]

в том и вся загвоздка - диалектика прекрасно применима к известному, но синтез новых знаний не дает, пока ты не узнаешь все исходники, которые узнав, ты делаешь проблему уже известной, к которой диалектика применима пост-фактум - и так по замкнутому циклу.

[triggg.livejournal.com]

Здесь вы не правы, так как всё, что есть по диалектике по сию пору - это не диалектика, а рассуждения о ней.
Простой вопрос - сформулируйте свою логику.
Не сможете, потому что формальная логика, которую вы знаете, применима только для машин. В реальности, и в естественнонаучных исследованиях формальная логика неприменима.

[imbg.livejournal.com]

Так что же делать? Эти вопросы интересны ведь не сами по себе, и идеальные построения в жизнь не применить. Диалектика нужна как фундамент, для того чтоб понимать - в какой области копать, а в какой - нет. Т.е. если вы владеете истинной диалектикой - то наверное стоить пустить ее в массы, на благо общества. Какой смысл в вещи в себе?

[imbg.livejournal.com]

борьба противоположностей - движущая сила эволюции номер один - весь метаболизм - это слияние катаболизма и метаболизма (распад и синтез), и одно регулирует другое, и одно не идет без другого.

[triggg.livejournal.com]

Это какой-то набор слов.

[imbg.livejournal.com]

Модель "хищник-жертва"?

[triggg.livejournal.com]

Вы говорите какими-то загадками.

[imbg.livejournal.com]

Являются ли хищник и его жертва противоположностями? Если да, то между ними идет диалектическая борьба (описываемая мат. моделью Лодки, если не ошибаюсь)

[imbg.livejournal.com]

отрицание отрицания до кучи - проростание семечка, когда из семечка получается побег, превращающийся в дерево -на каждом этапе следующая стадия отрицает предыдущую.

[triggg.livejournal.com]

Отрицание в диалектике - это отрицание не стадии, не витка анализа, и не самого анализа, это отрицание противоречия противоположностей, с которым отрицается форма противополжностей. Побег не отрицает семя, поскольку отрицание существует только в логике, побег - это новая фаза развития.

[imbg.livejournal.com]

Я отрицание противоречил понимал именно в развитии - ведь естьявное отрицание семени в побеге - строение абсолютно другое. Но оно отрицается (отрицание отрицания), потому что рост произошел по спирали развития. Как-то так я понимаю.

[triggg.livejournal.com]

Ну что тут сказать? Все как-то понимают. У всех свои понятия, вот только действительность одна, и научное её объяснение может быть одно.