Genoverdracht op afstand: onderzoek van de wetenschapper Alexander Gurvich

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-16 16:13

In het late voorjaar van 1906 werd Alexander Gavrilovich Gurvich, halverwege de dertig al een bekende wetenschapper, uit het leger gedemobiliseerd. Tijdens de oorlog met Japan diende hij als arts in het achterste regiment gestationeerd in Chernigov. (Het was daar dat Gurvich, in zijn eigen woorden, "op de vlucht voor gedwongen ledigheid", schreef en illustreerde "Atlas en essay over embryologie van gewervelde dieren", dat 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 weet nog steeds niet of hij in Rusland zal blijven of weer naar het buitenland zal gaan.

Achter de Faculteit der Geneeskunde van de Universiteit van München, proefschrift verdediging, Straatsburg en de Universiteit van Bern. De jonge Russische wetenschapper is al bekend met veel Europese biologen, zijn experimenten worden zeer gewaardeerd door Hans Driesch en Wilhelm Roux. En nu - drie maanden volledige isolatie van wetenschappelijk werk en contacten met collega's.

Deze zomer AG 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?" Vervolgens komt hij, gezien het grondig bestudeerde en geïllustreerde proces van spermatogenese, tot de conclusie dat de essentie van de manifestatie van levende wezens bestaat in verbindingen tussen afzonderlijke 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, eigendom van Alexander Gavrilovich. Zijn werk heeft een duidelijk stempel gedrukt op de embryologie, cytologie, histologie, histofysiologie en algemene biologie. Maar misschien is het juist 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).

AG Gurvich was in 1912 de eerste die het concept '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 ordelijkheid van biologische processen bepaalt.

Onnodig te zeggen dat dit concept de volgende halve eeuw een treurig lot te wachten stond. Er werd veel gespeculeerd, waarvan de auteurs beweerden de fysieke aard van het zogenaamde "bioveld" te hebben begrepen, iemand nam onmiddellijk de taak mensen te behandelen. Sommigen verwezen naar A. G. Gurvich, zonder zich ook maar druk te maken over pogingen om zich in de betekenis van zijn werk te verdiepen. De meerderheid wist niets van Gurvich af en verwees er gelukkig ook niet naar, aangezien noch naar de term "bioveld" zelf, noch naar verschillende verklaringen van zijn werking door A. G. Gurvich heeft er niets mee te maken. Desalniettemin veroorzaken de woorden "biologisch veld" tegenwoordig onverholen scepticisme bij opgeleide gesprekspartners. Een van de doelen van dit artikel is om lezers het ware verhaal te vertellen van het idee van een biologisch veld in de wetenschap.

Wat beweegt cellen?

AG 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 de "overdracht van erfelijkheid" fundamenteel verschilt van het probleem van de "implementatie" van eigenschappen in het lichaam.

Misschien wel de belangrijkste taak van de biologie tot op de dag van vandaag is het zoeken naar een antwoord op de "kinderachtige" vraag: hoe ontstaan levende wezens in al hun diversiteit uit een microscopisch kleine bol van een enkele cel? Waarom vormen delende cellen geen vormeloze klonterige kolonies, maar complexe en perfecte structuren van organen en weefsels? In de toenmalige ontwikkelingsmechanica werd de door W. Ru voorgestelde causaal-analytische benadering gevolgd: de ontwikkeling van het embryo wordt bepaald door een veelheid van starre oorzaak-gevolgrelaties. Maar deze benadering kwam niet overeen met de resultaten van de experimenten van G. Driesch, die aantoonde dat experimenteel veroorzaakte scherpe afwijkingen een succesvolle ontwikkeling niet in de weg mogen staan. Tegelijkertijd worden individuele delen van het lichaam helemaal niet gevormd uit die structuren die normaal zijn - maar ze worden gevormd! Op dezelfde manier verliep de verdere ontwikkeling in Gurvich's eigen experimenten, zelfs met intensieve centrifugatie van amfibie-eieren, waarbij hun zichtbare structuur werd geschonden, gelijkmatig - dat wil zeggen, het eindigde op dezelfde manier als bij intacte eieren.

Rijst. 1 Cijfers A. G. Gurvich uit 1914 - schematische afbeeldingen van cellagen in de neurale buis van een haaienembryo. 1 - initiële formatieconfiguratie (A), daaropvolgende configuratie (B) (vette lijn - waargenomen vorm, stippellijn - aangenomen), 2 - initiële (C) en waargenomen configuratie (D), 3 - initiële (E), voorspelde (F) … Loodrechte lijnen tonen de lange assen van de cellen - "als je een curve bouwt die loodrecht op de celassen staat op een bepaald moment van ontwikkeling, kun je zien dat deze samenvalt met de contour van een later ontwikkelingsstadium van dit gebied"

AG Gurvich deed statistisch onderzoek naar mitosen (celdelingen) in symmetrische delen van het zich ontwikkelende embryo of individuele organen en onderbouwde het concept van een "normaliserende factor", waaruit later het concept van een veld ontstond. Gurvich stelde vast dat één 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. Ongetwijfeld was het uitgangspunt van de veldentheorie vervat in de beroemde Driesch-formule "het toekomstige lot van een element wordt bepaald door zijn positie als geheel." De combinatie van dit idee met het principe van normalisatie 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 een proces van realisatie" (1912) ontwikkelt hij voor het eerst het concept van het embryonale veld - de morph. In feite was het een voorstel om de vicieuze cirkel te doorbreken: het ontstaan van heterogeniteit tussen aanvankelijk homogene elementen verklaren als een functie van de positie van het element in de ruimtelijke coördinaten van het geheel.

Daarna begon Gurvich te zoeken naar een 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 gegeven moment niet loodrecht op het oppervlak van de formatie waren georiënteerd, maar op een bepaalde (15- 20 ') hoek eraan. De oriëntatie van de hoeken is natuurlijk: als je een kromme construeert die loodrecht op de celassen staat op een bepaald ontwikkelingsmoment, dan zie je dat deze samenvalt met de omtreklijn van een later stadium in de ontwikkeling van dit gebied” (Fig. 1). Het leek erop dat de cellen "weten" waar ze moesten leunen, waar ze moesten strekken om de gewenste vorm op te bouwen.

Om deze waarnemingen te verklaren, heeft 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 aantrekkingskrachtoppervlak, maar als het equipotentiaaloppervlak van het veld dat voortkomt uit puntbronnen." In hetzelfde werk werd voor het eerst het concept van "morfogenetisch veld" geïntroduceerd.

De vraag werd door Gurvich zo breed en uitputtend gesteld dat elke theorie van morfogenese die in de toekomst zou kunnen ontstaan, in wezen gewoon een ander soort veldtheorie zal zijn.

LV Belousov, 1970

Biogeen ultraviolet

"De fundamenten en wortels van het probleem van mitogenese werden gelegd in mijn nooit afnemende interesse in het wonderbaarlijke fenomeen van karyokinese (zo werd mitose in het midden van de vorige eeuw genoemd. - Vert. Opmerking)", 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, komt overeen met het concept van "mitogenetische straling" - zeer zwakke ultraviolette straling van dierlijke en plantaardige weefsels, die het proces van celdeling stimuleren (mitose).

AG Gurvich kwam tot de conclusie dat het noodzakelijk is om mitosen in een levend object niet als geïsoleerde gebeurtenissen te beschouwen, maar als geheel, als iets gecoördineerds - of het nu strikt georganiseerde mitosen zijn van de eerste fasen van de eicelsplitsing of schijnbaar willekeurige mitosen in de weefsels van een volwassen dier of plant. Gurvich geloofde dat alleen de erkenning 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 lag het concept van plantenhormonen, destijds ontwikkeld door de Duitse botanicus G. Haberlandt. (Hij deed een brij van verpletterde 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 meer delen vaak dan grote. Gurvich suggereerde dat het hele punt in de structuur van het celoppervlak zit: misschien zijn in jonge cellen de 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 in die tijd geen concept van hormoonreceptoren.)

Als deze aanname correct is en de ruimtelijke verdeling van sommige elementen belangrijk is voor de waarneming van het signaal, suggereert de aanname zelf dat het signaal misschien niet chemisch, maar fysiek van aard is: bijvoorbeeld straling die sommige structuren van de cel aantast oppervlak resoneert. Deze overwegingen werden uiteindelijk bevestigd in een experiment dat later algemeen bekend werd.

Rijst. 2 Inductie van mitose aan het uiteinde van de uienwortel (tekening uit het werk "Das Problem der Zellteilung physiologisch betrachtet", Berlijn, 1926). Uitleg in de tekst

Hier is een beschrijving van dit experiment, dat in 1923 werd uitgevoerd aan de Krim-universiteit. De emitterende wortel (inductor), verbonden met de lamp, werd horizontaal versterkt en de punt ervan was gericht naar de meristeemzone (dat wil zeggen, naar de zone van celproliferatie, in dit geval ook in de buurt van de wortelpunt. - Ed. Opmerking) van de tweede soortgelijke wortel (detector) verticaal bevestigd. De afstand tussen de wortels was 2-3 mm”(Fig. 2). Aan het einde van de belichting werd de waarnemende wortel nauwkeurig gemarkeerd, gefixeerd en gesneden in een reeks longitudinale secties die evenwijdig aan het mediale vlak liepen. Secties werden onder een microscoop onderzocht en het aantal mitosen werd geteld aan de bestraalde en controlezijde.

Op dat moment was al bekend dat de discrepantie tussen het aantal mitosen (meestal 1000-2000) in beide helften van de wortelpunt 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 op de secties zagen - getuigde ontegensprekelijk 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 (Fig. 3).

Nader onderzoek toonde duidelijk aan dat het om straling ging en niet om vluchtige chemicaliën. De impact spreidde zich uit in de vorm van een smalle parallelle straal - zodra de inducerende wortel enigszins naar de zijkant werd afgebogen, verdween het effect. Het verdween ook toen 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 vastgesteld - 190-330 nm, en de gemiddelde intensiteit werd geschat op het niveau van 300-1000 fotonen / s per vierkante centimeter. Met andere woorden, de mitogenetische straling die door Gurvich werd ontdekt, was middelgroot en bijna-ultraviolet van extreem lage intensiteit. (Volgens moderne gegevens is de intensiteit zelfs nog lager - het is in de orde van tientallen fotonen / s per vierkante centimeter.)

Rijst. 3 Grafische weergave van de effecten van vier experimenten. De positieve richting (boven de as van de abscis) betekent het overwicht van mitose aan de bestraalde zijde

Een natuurlijke vraag: hoe zit het met het ultraviolet van het zonnespectrum, heeft het invloed op 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 moeten worden gesloten, dat er geen open vuur en bronnen van elektrische vonken in laboratoria mogen zijn. Bovendien gingen de experimenten noodzakelijkerwijs gepaard met controles. Er moet echter worden opgemerkt dat de intensiteit van zonne-UV aanzienlijk 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 transitie 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 bacteriecellen, klievende eieren van zee-egels en amfibieën, weefselculturen, cellen van kwaadaardige tumoren, zenuw- (inclusief geïsoleerde axonen) en spierstelsels, bloed van gezonde organismen. Zoals uit de lijst blijkt, werden ook niet-splijtbare weefsels uitgestoten - laten we dit feit niet vergeten.

Ontwikkelingsstoornissen van zee-egellarven die in afgesloten kwartsvaten werden gehouden onder invloed van langdurige mitogenetische straling van bacterieculturen in de jaren '30 van de twintigste eeuw werden bestudeerd door J. en M. Magrou aan het Pasteur Instituut. (Vandaag de dag worden soortgelijke studies uitgevoerd met embryo's van vissen en amfibieën in de biofacies van de Staatsuniversiteit van Moskou door A. B. Burlakov.)

Een andere belangrijke vraag die onderzoekers zichzelf in diezelfde jaren stelden: hoe ver spreidt de werking van straling zich uit in levend weefsel? De lezer zal zich herinneren dat in het experiment met uienwortels een lokaal effect werd waargenomen. Is er naast hem ook actie op lange termijn? 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, fluoresceerden, waarbij een foton met een langere golflengte werd uitgezonden. De fotonen gaven op hun beurt aanleiding tot daaropvolgende chemische transformaties.) In sommige experimenten werd inderdaad stralingsvoortplanting 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.

Onze formulering van de basiseigenschap van een biologisch veld vertegenwoordigt in zijn inhoud geen analogie met velden die bekend zijn in de natuurkunde (hoewel het ze natuurlijk niet tegenspreekt).

AG Gurvich. Principes van analytische biologie en celveldtheorie

Fotonen geleiden

Waar komt UV-straling vandaan in een levende cel? AG Gurvich en collega's legden in hun experimenten de spectra vast van enzymatische en eenvoudige anorganische redoxreacties. Enige tijd bleef de kwestie van de bronnen van mitogenetische straling 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 quanta zeldzame daden van recombinatie van vrije radicalen waren 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 wordt uitgezonden met een spectrum dat kenmerkend is voor deze moleculen. Dit schema werd verfijnd door N. N. Semyonov (toekomstige Nobelprijswinnaar) en werd in deze vorm 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: studies met fluorescerende eiwitten.

Natuurlijk worden verschillende chemische bindingen in het eiwit geabsorbeerd, waaronder peptidebindingen - in het middelste ultraviolet (het meest intens - 190-220 nm). Maar voor fluorescentiestudies zijn aromatische aminozuren, met name tryptofaan, relevant. Het heeft een absorptiemaximum bij 280 nm, fenylalanine bij 254 nm en tyrosine bij 274 nm. Deze aminozuren absorberen ultraviolet quanta en zenden ze vervolgens uit in de vorm van secundaire straling - natuurlijk, met een langere golflengte, met een spectrum dat karakteristiek is voor een bepaalde staat van het eiwit. Bovendien, als er ten minste één tryptofaanresidu in het eiwit aanwezig is, zal alleen dit fluoresceren - de energie die wordt geabsorbeerd door tyrosine- en fenylalanineresiduen wordt ernaar herverdeeld. Het fluorescentiespectrum van het tryptofaanresidu hangt sterk af van de omgeving - of het residu zich bijvoorbeeld dichtbij het oppervlak van de bolletjes bevindt of erin, enz., en dit spectrum varieert in de band van 310-340 nm.

AG Gurvich en zijn medewerkers lieten in modelexperimenten met peptidesynthese zien dat ketenprocessen met fotonen kunnen leiden tot splitsing (fotodissociatie) of synthese (fotosynthese). Fotodissociatiereacties gaan gepaard met straling, terwijl de processen van fotosynthese niet uitzenden.

Nu werd duidelijk waarom alle cellen uitzenden, maar tijdens mitose - vooral sterk. Het proces van mitose is energie-intensief. Bovendien, als in een groeiende cel de accumulatie en het verbruik van energie parallel verloopt met de assimilatieve processen, dan wordt tijdens de mitose alleen de energie die door de cel in de interfase is opgeslagen, verbruikt. Er is een desintegratie van complexe intracellulaire structuren (bijvoorbeeld de schil van de kern) en energieverslindende omkeerbare creatie van nieuwe - bijvoorbeeld chromatine supercoils.

AG Gurvich en zijn collega's hebben ook gewerkt aan de registratie van mitogenetische straling met behulp van fotonentellers. Naast het Gurvich-laboratorium aan het Leningrad IEM, zijn deze onderzoeken ook in Leningrad, aan de Phystech onder A. F. Ioffe, onder leiding van G. M. Frank heeft samen met natuurkundigen Yu. B. Khariton en S. F. Rodionov.

In het Westen waren vooraanstaande specialisten als B. Raevsky en R. Oduber bezig met de registratie van mitogenetische straling met behulp van fotomultiplicatorbuizen. We moeten ons ook G. Barth herinneren, een leerling van de beroemde natuurkundige W. Gerlach (oprichter van kwantitatieve spectrale analyse). Barth werkte twee jaar in het laboratorium van A. G. Gurvich en vervolgde zijn onderzoek in Duitsland. Hij behaalde betrouwbare positieve resultaten bij het werken met biologische en chemische bronnen en leverde daarnaast een belangrijke bijdrage aan de methodologie voor het detecteren van ultrazwakke straling. Barth voerde voorlopige gevoeligheidskalibratie uit en selectie van fotomultiplicatoren. Tegenwoordig is deze procedure verplicht en routine voor iedereen die zwakke lichtstromen meet. Het was echter juist de verwaarlozing van deze en enkele andere noodzakelijke vereisten die een aantal vooroorlogse onderzoekers niet in staat stelden overtuigende resultaten te verkrijgen.

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 die 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 wordt dit ondubbelzinnig bevestigd door zeer gevoelige apparaten waarover de moderne natuurkunde beschikt. Wat betreft de interpretatie van Popp (we hebben het over het feit dat chromosomen naar verluidt coherente fotonen uitzenden. - Noot van de redactie), dit is een mooie hypothese, maar de voorgestelde experimentele bevestiging is nog steeds volledig onvoldoende om de geldigheid 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, zijn moeilijk om hier toe te passen."

Van de biologische werken die uit uw land zijn gepubliceerd, trekt niets meer de aandacht van de wetenschappelijke wereld dan uw werk.

Uit een brief van Albrecht Bethe dd 1930-08-01 aan A. G. Gurvich

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) die reageert op externe invloeden, ongeacht de functionele toestand, zinloos is. AG 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 algemene vorm is dit een fixatie van het idee dat een instroom van energie nodig is voor het lichaam, niet alleen voor groei of werk, maar vooral om de staat die we levend noemen te behouden.

De onderzoekers vestigden de aandacht op het feit dat een uitbarsting van mitogenetische straling noodzakelijkerwijs werd waargenomen wanneer de energiestroom beperkt was, wat een bepaald niveau van metabolisme van het levende systeem handhaafde. (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 consumptie van hoogenergetische verbindingen - dat wil zeggen, alle processen die de cel van energie voorzien - bijvoorbeeld met omkeerbare koeling van een object of met milde anesthesie.) Gurvich formuleerde het concept van extreem labiele moleculaire formaties met een verhoogd energiepotentieel, niet-evenwichtig van aard en verenigd door een gemeenschappelijke functie. Hij noemde ze non-equilibrium moleculaire constellaties (NMC's).

AG Gurvich geloofde dat het de desintegratie van NMC, de verstoring van de organisatie van protoplasma, 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 tegenwoordig uitgedrukt door F. Popp - hij noemt de migrerende excitatiegebieden "polaritonen". Vanuit het oogpunt van natuurkunde 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 - we laten deze intellectuele oefening aan de lezer over.)

Ook is experimenteel aangetoond dat straling ook optreedt wanneer het substraat mechanisch wordt beïnvloed door centrifugatie of het aanleggen van een zwakke spanning. Dit maakte het mogelijk om te zeggen dat NMC ook ruimtelijke ordening bezit, die zowel door mechanische invloed als door beperking van de energiestroom werd verstoord.

Op het eerste gezicht valt op dat NMC, waarvan het bestaan afhangt van de instroom van energie, sterk lijkt op de 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 heel goed dat ze niet absoluut precies van ervaring tot ervaring worden gereproduceerd, hoewel hun algemene karakter behouden blijft. Bovendien zijn ze extreem gevoelig voor de geringste 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 kunnen behouden, alleen vanwege de stroom van energie. Er is ook een enkele ordeningsfactor van het systeem vereist. Deze factor A. G. Gurvich noemde het een biologisch veld.

In een korte samenvatting ziet de definitieve versie van de biologische (cellulaire) veldentheorie er als volgt uit. Het veld heeft een vector, geen kracht, karakter. (Denk eraan: een krachtveld is een ruimtegebied, waarbij op elk punt een bepaalde kracht inwerkt op een daarin geplaatst testobject; bijvoorbeeld een elektromagnetisch veld. Een vectorveld is een ruimtegebied, op elk punt waarvan een bepaalde vector wordt gegeven, bijvoorbeeld de snelheidsvectoren van deeltjes in een bewegende vloeistof.) Moleculen die zich in een aangeslagen toestand bevinden en dus een overschot aan energie hebben, vallen onder de werking van het vectorveld. Ze krijgen een nieuwe oriëntatie, vervormen of bewegen 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, houdt het effect van het veld erop op. Dientengevolge wordt in het cellulaire veld spatio-temporele ordening gevormd - NMC worden 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, dan vormt het biologische veld het reliëf van het terrein waarop de auto's rijden. Gehoorzaam aan het "reliëf", vormen moleculen met vergelijkbare energiekenmerken NMC. Ze zijn, zoals eerder 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 zal de auto niet passeren). Individuele moleculen komen constant de NMC binnen en verlaten, maar de gehele NMC blijft stabiel totdat de waarde van de energiestroom die het voedt verandert. Met een afname van zijn waarde ontleedt de NMC en komt de energie die erin is opgeslagen vrij.

Stel je nu voor 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, precies degene die mitose regelt. Natuurlijk is mitogenetische straling nauw verwant aan het veld - hoewel het er geen deel van uitmaakt! Zoals we ons herinneren, wordt tijdens verval (dissimilatie) overtollige energie uitgestoten, 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 kenmerkend mitogenetisch regime. Hetzelfde is het geval met energiestromen: het veld heeft geen directe invloed op hun intensiteit, maar kan, door een ruimtelijk "reliëf" te vormen, hun richting en verdeling effectief regelen.

AG 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 celbiologische velden heeft zelfs onder de aanhangers van het vorige concept kritiek en misverstanden veroorzaakt. Hun belangrijkste verwijt was dat Gurvich naar verluidt het idee van het geheel verliet 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 "Werken aan mitogenese en de theorie van biologische velden." Gurvich laat zien dat dit niet het geval is. Aangezien de velden die door individuele cellen worden gegenereerd hun grenzen overschrijden en de veldvectoren op elk punt in de ruimte worden opgeteld volgens de regels van geometrische optelling, onderbouwt het nieuwe concept het concept van een "werkelijk" veld. Het 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 bezit.

Sinds 1948 is de wetenschappelijke activiteit van A. G. Gurvich wordt gedwongen zich voornamelijk op de theoretische sfeer te concentreren. Na de augustussessie van de All-Union Agricultural Academy zag hij niet de mogelijkheid om te blijven werken aan het Institute of Experimental Medicine van de Russian Academy of Medical Sciences (waarvan hij directeur was sinds de oprichting van het instituut in 1945) en begin september het presidium van de Academie voor pensionering aangevraagd. 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).

Het bestaan zelf van een levend systeem is strikt genomen het meest diepgaande probleem, in vergelijking waarmee het functioneren ervan in de schaduw blijft of zou moeten blijven.

AG Gurvich. Histologische grondslagen van de biologie. Jena, 1930 (in het Duits)

Empathie zonder begrip

De werken van A. G. Gurvich over mitogenese voor de Tweede Wereldoorlog waren zowel in ons land als in het buitenland erg populair. In het laboratorium van Gurvich werden de processen van carcinogenese actief bestudeerd, met name werd aangetoond dat het bloed van kankerpatiënten, in tegenstelling tot het bloed van gezonde mensen, geen bron van mitogenetische straling is. In 1940 heeft A. G. Gurvich ontving de Staatsprijs voor zijn werk aan de mitogenetische studie van het kankerprobleem. Gurvich's 'veld'-concepten genoten nooit grote populariteit, hoewel ze steevast grote belangstelling wekten. Maar deze belangstelling voor zijn werk en rapporten is vaak oppervlakkig gebleven. AA Lyubishchev, die zichzelf altijd een leerling van A. G. Gurvich, beschreef deze houding als 'sympathie zonder begrip'.

In onze tijd heeft sympathie plaatsgemaakt voor vijandigheid. Een belangrijke bijdrage aan het in diskrediet brengen van de ideeën van A. G. Gurvich werd geïntroduceerd door enkele potentiële volgelingen die de gedachten van de wetenschapper interpreteerden 'volgens hun eigen inzicht'. Maar het belangrijkste is niet eens dat. De ideeën van Gurvich bevonden zich aan de zijlijn van het pad dat de 'orthodoxe' biologie bewandelde. Na de ontdekking van de dubbele helix verschenen er nieuwe en aanlokkelijke perspectieven voor onderzoekers. De keten "gen - eiwit - teken" aangetrokken door zijn concreetheid, schijnbaar gemakkelijk om een resultaat te verkrijgen. Natuurlijk werden moleculaire biologie, moleculaire genetica en biochemie mainstream, en niet-genetische en niet-enzymatische controleprocessen in levende systemen werden geleidelijk naar de periferie van de wetenschap geduwd, en hun studie begon als een twijfelachtige, frivole bezigheid te worden beschouwd.

Voor moderne fysisch-chemische en moleculaire takken van de biologie is het begrip van integriteit vreemd, wat A. G. Gurvich beschouwde de fundamentele eigenschap van levende wezens. Aan de andere kant wordt verbrokkeling praktisch gelijkgesteld met het verwerven van nieuwe kennis. De voorkeur gaat uit naar onderzoek aan de chemische kant van fenomenen. Bij de studie van chromatine wordt de nadruk verlegd naar de primaire structuur van DNA, en daarin zien ze het liefst in de eerste plaats een gen. Hoewel het onevenwicht 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 eiwit, 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 natuurkunde is.) Wat hebben we verloren in een halve eeuw na Gurvich, hoe groot zijn de verliezen - het antwoord zal worden gevraagd door de toekomst van de wetenschap.

Waarschijnlijk moet de biologie nog ideeën verwerken over de fundamentele integriteit en onevenwichtigheid van levende wezens, over één enkel ordeningsprincipe dat deze integriteit waarborgt. En misschien lopen de ideeën van Gurvich nog steeds voorop en begint hun geschiedenis nog maar net.

O. G. Gavrish, kandidaat voor biologische wetenschappen