Чтение онлайн

В случае с белками-ферментами мы, по сути, имеем дело с таким "демоном Максвелла", который нарушает второе начало термодинамики своим разумным вмешательством, ускоряя ход химических реакций при неизменной температуре (для человеческого тела эта температура равна 37 градусам по Цельсию). Это нарушение второго начала выражается еще и в том, что фермент как "молекулярная машина" совершает определенную работу с ненулевым КПД при постоянной температуре, как бы в отсутствии нагревателя и холодильника, чего требует идеальный цикл Карно. То есть он берет энергию не от нагревателя, а непосредственно от быстрых молекул вокруг себя, а тогда без "демона Максвелла" не обойтись. Конечно, убыль быстрых молекул должна приводить к понижению температуры окружающей ферменты среды, но тут на помощь приходят митохондрии, эти передвижные источники энергии в клетке, которые вырабатывают необходимое тепло, чтобы поддерживать температуру постоянной.

Понятно, что не только ферменты, но и любые "молекулярные машины" в клетках, такие как: ДНК полимераза, рибосома, сплайсосома и т.п.
– должны обладать своими "демонами Максвелла", чтобы выполнять присущие им функции. То есть молекулярное тело такой машины является исполнительным элементом ("hard"), а управляющим элементом ("soft") является некий разумный "демон Максвелла", и без него любая "молекулярная машина" является просто бесполезным "железом", как робот или компьютер без управляющей программы.

Еще один простой пример необычного поведения молекул внутри клетки связан со сворачиванием линейной последовательности аминокислот белка в пространственную структуру. Эту последовательность можно уподобить липкой ленте, которая может случайно свернуться в произвольный клубок. Но в клетке она каким-то чудесным образом сворачивается в одну и ту же структуру из многих миллиардов возможных (парадокс Левинталя, 1968). В то же время искусственно созданная такая же последовательность аминокислот не обладает этим свойством. Она, как ей и полагается по закону случайности, сворачивается в произвольный клубок. Приемлемого объяснения не могут найти уже не один десяток лет.

Ну и, конечно, сама клетка, содержащая десятки тысяч таких сложных машин как, например, рибосомы и митохондрии, должна иметь систему или центр управления. Надеяться, что такая сверхсложная система как живая клетка, может функционировать просто за счет действия физико-химических сил отталкивания и притяжения, было бы верхом наивности. Это примерно то же, как пытаться понять работу современного автоматизированного цеха с компьютеризированными роботами, основываясь только на принципах механики времен Ньютона, ничего не зная ни об электрических полях, ни о микросхемах. Будет видна только внешняя сторона процессов, но внутренние причины происходящего будут представляться загадочными и непостижимыми. Кстати, именно такова ситуация сегодня с внутриклеточными явлениями, внешне они описаны, а внутренние причины остаются загадкой. Потому что предположить наличие системы управления клеткой было бы нетрудно и очевидно, но вопрос в том, что ее нигде не видно. Поэтому до сих пор официальной наукой и принято считать, что ее нет, и все сложное поведение клетки каким-то чудесным образом осуществляется путем простых физико-химических процессов.

Могут возразить, ну а как же гены? Они содержат огромное количество генетической информации, которая как раз и управляет всеми процессами в организме. Однако несложно показать, что никакими процессами ни к клетке, ни в организме гены не управляют. Какая информация содержится в генах? Конкретно для человеческого генома это примерно три миллиарда букв кода. Где под буквой понимается один из четырех нуклеотидов (аденин, тимин, гуанин и цитозин ). Буквы считываются "молекулярной машиной" - РНК полимеразой, образуя последовательную цепочку РНК, в которой также чередуются всего четыре буквы нуклеотидов (аденин, урацил, гуанин, цитозин). Часть этих цепочек РНК уже готовы к выполнению некоторых функций в клетке, а другая часть иногда после дополнительной обработки приходит на "молекулярные машины" - рибосомы. Рибосома знает генетический код, где каждым трем буквам из последовательности РНК соответствует определенная аминокислота из 20 возможных аминокислот. В соответствии с этим кодом строится последовательность аминокислот, являющейся заготовкой для определенного белка. Эта линейная последовательность аминокислот сворачивается в нужную объемную структуру, иногда проходит еще и дополнительную обработку, превращаясь в готовый белок.

Собственно из описания этого процесса построения белков из генов и делается вывод о том, что "генетическая информация определяет строение и функции организма". Если посмотреть на этот процесс со стороны, то понятно, что гены играют в нем вовсе не управляющую, а вполне пассивную роль, являются всего лишь одним из многих необходимых элементов в производстве белков. Почему РНК полимераза решила именно в этот момент начать работу именно с этим геном? Говорят, что есть специальные молекулы регуляторы, но эти молекулы регуляторы тоже производятся из ДНК той же самой РНК полимеразой. Кто ей дал команду на производство регулятора? Круг замкнулся, ответа нет. Идем далее, перед доставкой РНК последовательности к рибосоме она может подвергаться обработке "молекулярной машиной" - сплайсосомой. В результате чего последовательность РНК разрезается на части, а затем может удаляться до трех четвертей ее содержимого, оставшиеся части снова склеиваются и доставляются к рибосоме. Причем, не обязательно оставшаяся часть будет всегда одной и той же, соответственно, и белки из одного и того же гена могут получаться разные. То есть решение о том, какой белок будет произведен, принимается и на этапе работы сплайсосомы. Кто принимает это решение? Понятно, что не "генетическая информация" в ДНК. И еще, после образования линейной цепочки аминокислот кто-то должен знать, как ее правильно свернуть в нужную объемную структуру. Некоторые белки проходят и после этого дополнительную обработку, где к ним могут быть добавлены необходимые элементы, которые не содержатся в аминокислотах, или, наоборот, некоторые лишние для белка части удаляются. Получается, что "генетическая информация" в ДНК содержит лишь блоки букв кода, которые кем-то используется на начальном этапе процесса построения белков. И на этом все с "генетической информацией", она совсем не имеет отношения к управлению процессами в клетке, а служит лишь некой производственной матрицей или шаблоном для копирования. А вот этот "кто-то" должен знать не только, как производить белки, но и как построить клетку и организовать процессы в ней, так как сами белки об этом точно не знают, ведь они не содержат ни компьютеров, ни разума внутри себя.

Просто описав процесс как "генетическая информация" используется кем-то неизвестным в производстве белков, нельзя на этом основании утверждать, что эта информация "определяет строение и функции всего организма". Она даже не определяет строение и функции отдельной клетки, а не то, что всего организма. Факт о непричастности "генетической информации" к построению организма человека можно доказать и другим образом, не зная деталей процесса создания белков. Достаточно знать два числа: упомянутое выше число букв в генетическом коде - три миллиарда, - и примерное число клеток в организме человека - около ста триллионов. Как утверждается, - вся информация о строении организма должна уже содержаться в хромосомах яйцеклетки, из которой он вырастает. Предположим, что мы хотим воспроизвести процесс роста организма - клетка за клеткой на 3D принтере. Конечно, мы не будем ставить целью - воспроизвести внутриклеточные процессы, а только положение каждой клетки и ее форму. Любой, знакомый с программированием, скажет, что для воспроизведения каждой новой клетки 3D принтером нужно несколько бит информации, которая будет определять ее положение и форму. Тогда суммарное количество информации для воспроизведения всех клеток организма человека будет равно ста триллионам, умноженным на N, где N среднее число бит для задания положения и формы клетки. В то время как "генетическая информация" яйцеклетки содержит всего три миллиарда букв или шесть миллиардов бит, если перевести четырехбуквенный алфавит в двоичные биты. Таким образом, объем "генетической информации" в десятки тысяч раз меньше, чем необходимо, чтобы построить всего лишь клеточную структуру человека. То есть гипотеза о том, что "генетическая информация определяет строение организма и его функции" просто неверна, эта информация должна быть значительно больше и содержаться где-то в другом месте, а не в геноме.

Установленный факт непричастности генов к росту и формированию организма выбивает основу из эволюционных теорий типа СТЭ (синтетическая теория эволюции), где различные мутации или изменения в генном составе организма рассматриваются как основная причина образования новых видов. В чем же заключается реальная роль генов, на что они действительно могут влиять? Во-первых, благодаря точной работе ДНК полимераз при копировании хромосом для образования новых клеток организма, их состав остается одним и тем же во всех клетках. Это свойство уже давно используется в генетических экспертизах на предмет установления личности по генетическому материалу: волосы, частицы слюны или крови. А тот факт, что ребенок наследует половину набора ДНК от матери и половину от отца, используется для установления близости или дальности родства между людьми. Прослеживая таким образом генетическую родословную нынешнего человечества, удалось примерно подсчитать, что у всех людей были общие предки где-то 150 - 200 тысяч лет назад. Во-вторых, организм может вырабатывать специльные гены для создания антител при атаке со стороны вредоносных бактерий или вирусов. И эти новые, полезные для защиты гены могут передаваться другим организмам. Эта возможность передачи генов используется в производстве ГМО (генетически модифицированных организмов). Хотя безвредность ГМО для человека находится еще под вопросом. В-третьих, повреждение генов может вызывать болезни организма, в том числе и передающиеся по наследству.

Из первого свойства генов - их точного копирования - видно, что они стремятся избежать всяких изменений, из второго следует, что передача полезных изменений, путем создания новых генов, все-таки, возможна при необходимости. А из третьего свойства следует, что изменения в составе генов являются болезненными или даже фатальными для организма. Понятно, что в связи с первым и третьим свойствами перспективы генной инженерии выглядят весьма проблематичными. Хотя, полвека назад, когда была открыта структура ДНК и роль генов в формировании белков, в отношении генной инженерии в науке господствовали эйфорические настроения. Считалось, что путем манипуляций с генами можно будет победить многие болезни и даже создать новый, более совершенный вид человечества. Однако прошли десятилетия интенсивных исследований, а результаты оказались весьма скромными. Это и не удивительно, с учетом доказанного выше факта, что гены и "генетическая информация" не определяют процессы в клетке и организме, а, напротив, являются лишь одним из многих элементов, которые сами находятся под внешним управлением. Если мы имеем сложную машину или устройство и не знаем, как она работает и управляется, но пытаемся модифицировать ее путем замены каких-то отдельных деталей, то есть методом "тыка" (случайного перебора), то в результате получим с очень большой вероятностью выход этой машины из строя, а не новую, более совершенную модель. Примерно такую ситуацию мы имеем с генной инженерией.

Где же могут находиться эти таинственные системы управления клеткой и всем организмом? Они являются совершенно необходимыми, но их нигде не видно. Но прежде чем пытаться ответить на этот почти неразрешимый вопрос, рассмотрим проблемы, которые существуют в понимании человеческого сознания. Потому что и здесь далеко не все так ясно, как хотелось бы, например, в мозге не могут найти память. Как же так? Память должна быть где-то внутри организма, и где же ей быть еще, как не в мозге? Лет сто назад установили, что мозг является частью нервной системы, и никаких других устройств, подходящих для хранения памяти, кроме сети нейронов, в голове нет. Проблема состояла в том, что нейроны самой природой приспособлены только для передачи нервных импульсов, а для хранения информации желательно было бы иметь постоянные структуры на молекулярном уровне, наподобие хромосом. Одно время полагали, что этими структурами могут быть особые белки. Но увы, таких белков не оказалось.

Успехи молекулярной биологии позволили в деталях понять, в чем состоит отличие нейронов от обычных клеток. Они имеют развитую поверхность наподобие осьминога, и их внешняя оболочка способна пропускать импульсы тока, они же являются и нервными импульсами. В нейронах есть еще следующие особенности. "Щупальца" нейронов, их называют дендритами, могут заканчиваться на дендритах других нейронов. Здесь возникает синаптическая связь, через которую электрический импульс переходит из одного нейрона в другой. У нейрона может быть один очень длинный "щупалец", который называют аксоном. Он может достигать метровой длины, и через него осуществляется передача сигналов на переферийные органы. Так вот перед тем как передать сигнал через аксон, нейрон суммирует сигналы, пришедшие ото всех его дендритов, и если их сумма меньше определенной пороговой величины, то сигнал считается просто случайным шумом и не передается через аксон. Вот такая система против шумов была обнаружена в передающей импульсы сети нейронов. Любопытно, что современные системы связи тоже имеют похожие системы защиты от шумов в виде фильтров, которые не пропускают сигналы, меньше определенной величины. Понятно, что число ошибочных сигналов в такой системе заметно ниже. Тот, кто проектировал нервную систему в давние, незапамятные времена похоже уже знал об этом.