Мысли вслух о квантовой биологии
Jul. 16th, 2011 09:33 pm![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
imbgМы 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.
![[identity profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/openid.png){kind=small}
Привет, все ещё живы? :))
Date: 2011-08-05 10:51 pm (UTC)Вот первое рассуждение:
Всё что нас окружает и мы сами, всё это мы называем бытие. Внутри бытия мы различаем две фломы бытия – неживую природу и живую природу. Бытие состоит из двух форм материи – живой и неживой.
Живая форма материи состоит в свою очередь из животного мира и растительного.
Общее свойство и животного и растительного миров состоит в том, что все они сами в свою очередь состоят из организмов. Организм является элементарной единицей живых миров.
Но организмы обоих миров состоят из органов, которые, в свою очередь состоят из клеток.
Таким образом, наиболее элементарной частицей живой материи является клетка.
На мой взгляд - противоречия с действительностью нет. А это главное условие того, что исследование идет в научном русле.
Для своей жизни и организм и клетка, требуют средства существования. Средства существования дает им окружающая действительность. Окружающая действительность состоя из двух миров, дает средства существования как из неживой природы, так и из живой. С этой точки зрения, живой мир разделяется на организмы, которые питаются веществами неживой природы – растения; и организмы, которые питаются другими организмами живой природы – животные.
Потребление веществ природы не уничтожает их внутри организмов и клетки. То же количество вещества выводится из организмов и клеток обратно в природу как в течение жизни, так и при смерти организма и клетки. Отсюда следует общее свойство живых организмов и клеток – обмен веществ между живой и неживой природой. Но отсюда следует и то, что обмен веществ – это жизнь, это сущность жизни, её главный признак и форма её существования.
Логика исследования
Date: 2011-08-05 11:06 pm (UTC)Также диалектический метод требует соблюдения дуализма природы, который заключается в том, что предмет исследования должен рассматриваться в противопложностях своего общего свойства. Пока идет в это русле - дуализм соблюдается. Живая и неживая природа - противоположности друг друга. Рстительный и животный миры тоже противоположности друг друга.
Re: Логика исследования
Date: 2011-08-06 01:10 am (UTC)Но пока мои ответы не для обсуждения - я здесь, я слушаю, так что заканчивайте вашу мысль, не отвлекаясь )
Re: Логика исследования
Date: 2011-08-06 04:28 am (UTC)Организацию тоже надо рассматривать пока на общем уровне, на этом уровне они все - организмы, но это единство не отменяет противоположность в своействе присвоения средств существования. Растения представляют собой средство существования животных.
Re: Логика исследования
Date: 2011-08-06 04:42 am (UTC)Re: Логика исследования
Date: 2011-08-06 04:40 am (UTC)Мы на данном этапе общего свойства анализируем в разрезе одного общего свойства - обмена веществ. И грибы, и археи, также имеют это общее свойство, а к какому миру их отнести, на данном этапе нам это не надо. Пока что у нас в разработке один общий признак - обмен веществ.
Re: Логика исследования
Date: 2011-08-06 04:42 am (UTC)Re: Привет, все ещё живы? :))
Date: 2011-08-06 01:07 am (UTC)Однако пока что мы в таких рассуждениях не приблизились к какому-нибудь конкретному ответу - если он вообще есть.
Re: Привет, все ещё живы? :))
Date: 2011-08-06 04:34 am (UTC)Ответ есть, надо его просто найти. Если объект исследования перед глазами, существует, то он сам и даст ответ на все вопросы.