ЭНЦИКЛОПЕДИЯ РУССКОЙ МЫСЛИ

ТОМ 5

Отдел Теоретических Проблем Российской Академии Наук

П. П. Гаряев

ВОЛНОВОЙ ГЕНОМ

Москва«Общественная польза»

1994

УДК 575.17

Издание выходит с 1993 г.Ответственный за выпуск В. Г. Родионов

(главный редактор журнала «Русская Мысль»)

Энциклопедия Русской Мысли: Русское Физическое Обще-ство. Издательство «Общественная польза»: — М.: Общ.польза, 1993 — — ISBN 5-85617-100-4. :

Т. 5: (П. П. Гаряев. Волновой геном). — 1994. —280 с. — ISBN 5-85617-005-9.

Пятый том «Энциклопедии Русской Мысли»,— монография Петра Петровича Гаря-ева, кандидата биологических наук, ст. научного сотрудника Отдела теоретических про-блем Российской Академии Наук, — посвящена теоретическому и экспериментальномуобоснованию нового направления в биологии — Волновой Генетике.

Предлагаемая в настоящей работе концепция Волнового гена основывается на фун-даментальных исследованиях, проведенных в свое время Л. Г. Гурвичем и А. А. Люби-щевым и развиваемых сейчас Дзян-Каньдженем и школой академика В. П. Казначеева.

Монография содержит несколько десятков рисунков, графиков, таблиц, микро- имакрофотографий и разделена на две основные части — теорию и экспериментальныйраздел. Анализируются новейшие уникальные экспериментальные данные, касающиесяпамяти генома, обмена информацией биосистем на молекулярном уровне, разговорногоязыка молекул ДНК. Обосновывается концепция голографического механизма хране-ния, передачи и восстановления морфогенетической информации. При этом генетиче-ский код и генетические тексты живых организмов представляются в виде образно-се-мантических конструкций солитонного типа.

Монография носит дискуссионный характер и призвана преимущественно к тому,чтобы попытаться выйти из привычных рамок понимания механизмов работы одномер-ного генетического кода и принять версию многомерности генетических языков, реали-зующихся как волновые атрибуты хромосомного аппарата биосистем.

Монография предназначена для широкого круга научных работников естественно-научного профиля (биологов, медиков, биофизиков, генетиков), а также философов,лингвистов, специалистов по теории информации, информационным, нейрокомпьютер-ным и интеллектуальным сетям и системам.

ISBN 5-85617-005-9. (Т. 5) © Энциклопедия Русской Мысли, 1994ISBN 5-85617-100-4. © Издательство Русского Физического

Общества «Общественная польза», 1994© Гаряев П. П., 1994

ПРЕДИСЛОВИЕ

Монография П. П. Гаряева «Волновой геном» посвящена теорети-ческому и экспериментальному обоснованию нового направления в би-ологии — волновой генетике. Предлагаемое положение о кодовых по-лях распределенной системы хромосомных излучателей (в дополнениек известному матричному синтезу белков) представляет не только те-оретический интерес, но имеет также большое практическое значение.Уже сейчас видны перспективы его использования в онкологии, герон-тологии и других разделах медицины, а также в сельском хозяйстве,молекулярной биотехнологии и электронике. Такой комплексный под-ход к анализу работы генетического аппарата Позволяет понять меха-низмы фрактальной свертки пространственно-временных характери-стик биосистемы в ее хромосомах с учетом их микроокружения. Этотмеханизм включает голографическую память и речевую структуруДНК. Последнее особенно актуально и переводит понятие ДНК-«тек-стов» из области метафор в хорошо формализованное русло математи-ческой лингвистики и лингвистической генетики. В работе затронутапроблема связи структуры сознания и структуры генома как систем,оперирующих фрактальными знаковыми построениями, универсаль-ной пластической единицей которых является Слово.

Теоретические исследования с позиций физики проведены на при-мерах двух связанных генераторов, приближенно моделирующих то-пологию и электродинамику ДНК в составе хромосом. Схема генера-тора предложена А. А. Березиным (ОТП РАН) и существенно моди-фицирована впоследствии П. П. Гаряевым (ОТП РАН) и Г. Г. Комис-саровым (ИВТ РАН). Обсуждается явление возврата Ферми-Паста-Улама как процесс солитонообразования в ДНК и физико-математи-ческая модель голографической памяти в хромосомах.

В экспериментах с использованием спектроскопии корреляциифотонов проведено доказательство генерации гелями ДНК in vitro

3

акустических солитонов в рамках явления возврата Ферми-Паста-Улама. Практические исследования включили в себя также опыты подистантной трансляции излученных сигналов от зародышей Xenopuslaevis к эмбриональной ткани с помощью генератора А. А. Березина,что согласуется с известными экспериментами Дзян-Каньдженя (г.Хабаровск).

Проведены эксперименты с использованием этого генератора повлиянию сознания человека-оператора на метаболизм в растениях,аналогично разработкам школы академика В. П. Казначеева (г. Ново-сибирск) и опытам исследовательского центра Р. Джана (г. Принстон).

Монография предназначена для широкого круга читателей — би-ологов, медиков и, несмотря на дискуссионный характер ряда положе-ний, является очень интересной.

Настоящая работа П. П. Гаряева выходит в свет благодаря актив-ному сотрудничеству издательства Русского Физического Общества сгенеральным спонсором данной книги — Александром АндреевичемШашиным.

Директор ОТП РАН,профессор академии ПАНИ

Э. И. Андрианкин

Часть 1.

БИОМОРФОГЕНЕЗ И ЕГО МОДЕЛИ

1. МАТРИЧНО-ЯДЕРНЫЕ ОТНОШЕНИЯ

Обсуждается взаимодействие внеклеточных матриксов с клеткамии их компонентами — ядром, цитосклетом, белоксинтезирующим ап-паратом,— и роль этого взаимодействия в онтогенезе. Предлагаетсягипотеза кодовой иерархии изоморфных матричных и нуклеиновыхинфраструктур, обменивающихся эпигенетической информацией пофизическим каналам биоэлектретных и иных состояний. Предполага-ется, что интерцеллюлярный ретикулум образует специфическую сиг-нальную систему животного организма.

Межклеточное вещество или интерцеллюлярный ретикулум, од-ной из форм которого являются внеклеточные матриксы (ВКМ), обла-дает тонкой, высокоорганизованной, изменяющейся во времени и про-странстве архитектоникой. Этот неслучайным образом структуриро-ванный субстрат несет первичную и двойственную функцию разделятьи вместе с тем объединять клетки; он может почти полностью отсутст-вовать, например, на ранних эмбриональных стадиях, принимать фор-му базальных пластинок, отделяющих эпителиальные клетки от под-лежащей мезенхимы, или гипертрофироваться в хрящевой и костнойтканях. Молекулярный, ионный составы матриксов лабильны, при-чинно-следственно связаны с возрастом, конкретным метаболическимсостоянием и типом ткани, являют собой совокупность фибриллярныхи нефибриллярных белков и различных катионов, преимущественноСа++ . Белки ВКМ — это коллагены 5 типов, эластин, сложные высо-комолекулярные протеогликаны (фибронектин, ламинины энтактин,коннектин, цитотактин), в составе которых — гиалуроновая кислота,гликозаминогликаны и малоизученная, но, видимо, функциональнозначимая фракция низкомолекулярных белков [17, 24, 49, 50, 53, 71,74-76,84-87].

Долгие годы считалось, что функции межклеточного вещества ис-черпываются его опорными и разделяющими клетки свойствами. Такбыло до 1955 г., когда Гробстейн [39—41 ] показал, что ассоциирован-ные клеточные популяции действуют друг на друга, генерируя новые

54

клеточные типы. Это явление было названо «эмбриональная индук-ция», а сейчас известно как «тканевое взаимодействие».

Было продемонстрировано, что эпителий-мезенхимные взаимо-действия являются ключевыми для возникновения новых и расхожде-ния дифференцирующихся тканей [22, 45 ]. Но главное и не оцененноепоначалу положение Гробстейна [41 ] заключалось в том, что эмбрио-нальная индукция есть матрично-опосредованное явление. Вплоть донедавнего времени гипотезе Гробстейна не придавали должного значе-ния. Переворот в оценке роли ВКМ наступил, когда в 1974 г. на 2-ммеждународном коллоквиуме «Влияние ВКМ на генную экспрессию»было осознано и сформулировано одно из основных направлений вклеточной и молекулярной биологии, сравнимое с открытием и даль-нейшими работами по функции ДНК, а именно то, что геном клетокможет эффективно (дифференцированно) реализовывать себя толькочерез ключевое звено эпигенетического посредничества ВКМ. Это оз-начало, что информация о том как развиваться клетке, ткани, органуи организму как целому находится не только в хромосомах, но и вовнеклеточном специализированном веществе, функции которого под-вержены экспериментальным модификациям [80 ].

После некоторого латентного периода образовалась настоящая ла-вина экспериментальных исследований по ВКМ, которые в определен-ной мере суммированы в фундаментальных сборниках (45, 54, 71, 80).Значимость этого направления понята и у нас [9, 17, 12 ]. Лебедев [9 ],исходя из физиолого-биохимических свойств коллагена как основногокомпонента ВКМ, предложил отнести коллагеновые структуры с гор-моноподобными функциями к одной из информационных систем орга-низма.

Доказательство роли ВКМ и его компонентов на процессы цито-дифференцировки проводилось и проводится преимущественно фено-менологически, мало затрагивая конкретные молекулярные или иныемеханизмы их эпигенетического функционирования. Однако, некото-рые предположения о механизмах работы ВКМ есть. Так, Лебедев [9 ]считает, что структуры фиксированных коллагеновых образованийВКМ и соединительной ткани служат своего рода ориентирами для оп-ределения местоположения клеток в духе теории позиционной инфор-мации Вольперта [94]. Петухов [12] в некоторой части своих рассуж-дений о роли межклеточного вещества близок изложенным идеям, счи-тая его некой «системой координат». Но он идет дальше и в другом на-правлении, когда утверждает, что межклеточное вещество являетсяносителем «полей обьемного роста» организмов, обладающих специ-фической (свойственной живому) геометрией и дающих, в частности,

6

т. н. репликационный (копирующий) объемный рост. Более того, ре-пликационный объемный рост, по Петухову, «... можно зачастуютрактовать как специфический класс автоволновых процессов». По-следнее утверждение заслуживает особого внимания, поскольку нахо-дится, вероятно, в прямом соответствии с зарегистрированными фак-тами образования периодических пространственных структур (клеточ-ных паттернов) на коллагеновых моделях ВКМ [43 ] и кругового дви-жения гиалиновых выпячиваний клеток ранних зародышей амфибий[51 ], которое можно рассматривать как периодические, возможно, ав-товолновые сигналы клеток на ВКМ, а следовательно, через него — надругие клетки. Это примеры упорядоченной механической нестабиль-ности матрично-клеточных систем, которая способна относительно бы-стро перемещаться в трех мерном пространстве и нести сигнал морфо-генетической информации на большие расстояния и быстрее, по срав-нению с химическими агентами в морфогенетической модели Тьюрин-га [43, 64 ].

Механическая матрично-клеточная нестабильность наблюдается,как правило, в эмбриональных тканях и имеет своим источником силынатяжения клетками своего субстрата (ВКМ) и других клеток [64 ].Круговое движение клеточных гиалиновых выпячиваний является по-ка экзотическим исключением такого рода нестабильности. Удиви-тельно, что относительно простая физика вязко-эластических тяговыхусилий движущихся в ВКМ клеток может быть описана адекватной ко-личественной и качественной моделью формирования регулярныхкрупномасштабных распределений в развивающихся мезенхимныхклеточных популяциях, предложенной Остером и др. [64]. Эта мо-дель, в которую входят такие параметры, как поток клеток, градиентплотности клеток, градиент плотности ВКМ, митотический уровень,гаптотаксис, конвекция клеток и другие (всего 10), обладает большойпредсказательной силой и приложима, по крайней мере, к таким хо-рошо изученным морфогенетическим процессам как образование трех-мерного клеточного паттерна кожных сосочков перьевых закладок,конденсации хрящевых скелетных рудиментов и развитию позвоноч-ных дисков. Авторы, однако, не претендуют на применимость описан-ного модельного механизма вообще ко всем эмбриональным процессам.Существенное ограничение этой модели состоит также и в том, что запределами ее остаются изначальные метаболические причины, регу-лируемые как-то и побуждающие клетки двигаться и генерировать тесамые тяговые усилия на ВКМ и других клетках, усилия, которые, помысли авторов, и служат механическими нестабильностями, играющи-ми роль активных начал морфогенеза.

7

Плодотворную попытку расшифровать суть эпигенетических вли-яний ВКМ на клетки предприняла Биссель и соавт. [22 ], предложив-шие гипотезу «динамической взаимности» клетки и ВКМ. ВлияниеВКМ через клетки направлено и на сформировавшуюся ткань. Оно вы-ступает развивающимся непрерывно, динамичным. ВКМ действует наклетку, которая отвечает метаболическими перестройками, вызываю-щими, в свою очередь, составно-структурные изменения ВКМ, кото-рые опять-таки влияют на клетку и т. д. В этом и заключена динами-ческая взаимность. Правда, не совсем понятно, чем она отличается оттипичной обратной связи. Далее, группа Биссель, исходя из наличияморфо-функциональных связей между компонентами ВКМ и ядромклетки, предлагает модель «внешнего цитоскелета». Эта модель пред-полагает стабильность дифференцированного состояния, зависящегоне только от клетки, но и от клетки плюс ее ВКМ. Следовательно,здесь выявляется свойственная клеточно-матричным отношениямдвойственность, противоречивость: с одной стороны, ВКМ обеспечива-ет динамизм клеточных форм в развивающихся тканях, с другой —стабилизированность морфо-состояния в уже сформированной ткани.

Структурно-функциональному подходу к выяснению того, какдействует ВКМ, противостоят и дополняют морфо-биохимический ииммунологический методы с их попытками выделить, получить в чис-том виде активные белковые или иные матричные начала и (или) вы-яснить топографию распределения этих начал.

Существенные в этом плане результаты были получены при ис-пользовании деминерализованного костного матрикса, который, буду-чи имплантирован под кожу, индуцирует превращение фибробластовв хондроциты и остеоциты с образованием хряща и кости [70 ]. Ведутсяинтенсивные работы по выделению и очистке из костного матрикса ин-дивидуальных белков, способных индуцировать дифференцировку ко-сти. Было также показано, что деминерализованный костный матрикспри аллогенной трансплантации под кожу индуцирует локальнуюдифференцировку эндохондральной костной ткани [74 ]. Ксеногеннаятрансплантация такого ВКМ не дает подобных результатов, что ука-зывает на видоспецифичность индивидуального ответа. В данной рабо-те матрикс костей обезьяны, быка и крысы экстрагировали 4 м гуани-дин-HCl, а экстракты фракционировали путем гель-фильтрации. За-тем разные фракции ассоциировали с биологически неактивными ос-татками ВКМ крысы. Полученные продукты анализировали на способ-ность к индуцированию дифференцировки кости. Оказалось, что тако-вой способностью обладают сравнительно небольшие белки с М. м.меньше 50 кД, и что эти белки гомологичны для всех исследованных

8

видов. Кроме того, была показана зависимость индивидуальных потен-ций таких белков от витамина Д [75 ]. Это выражалось в том, что ви-тамин Д-дефицитные крысы (рахитизм) имеют костный матрикс с на-бором белков, у которых описываемая активность много ниже по срав-нению с контролем. Было показано также, что неочищенный костныйматрикс и экстракты из плюсневых костей способны вызывать хонгдо-генез в мышечных клетках 19-дневных эмбрионов крыс [78 ]. Кровь исыворотка также способны индуцировать хондроциты и другие мезо-дермальные производные [83, 44 ]. Этим работам по крови предшест-вовали ранние исследования в том же направлении [90, 77 ], где былопоказано, что в плазме и сыворотке крови человека находится некийфактор, который может сорбироваться на нескольких типах культиви-руемых клеток и побуждать их к мезодермальному морфогенезу. Об-наружение в крови и плазме мезодермализующих активностей, имею-щих, вероятно, также белковую природу, не вызывает удивления, по-скольку кровь можно рассматривать как жидкую соединительнуюткань, а ее плазму как жидкий ВКМ [17]. Важен и другой момент:универсальность, единство, общность деструктивного функционирова-ния ВКМ во всех типах тканей.

Попытки выделить из ВКМ (или из тканей) в чистом виде так на-зываемые «программирующие» (мезодермализующие, вегетализирую-щие, нейрализующие и прочие), а по сути,— морфогенетические фак-торы белковой и иной природы, были начаты давно и продолжаютсяпо сей день. Принципиальные результаты в этой области полученыХоперской [17 ], которой удалось доказать общность свойств програм-мирующих белков для всех типов ВКМ человека и основных классовживотных.

Аналогичные исследования проводят Юрист с соавт. [89 ], которыеиз костного матрикса изолировали остеогенный белок, являющийся,вероятно, одним из тотальных фракций белков с М. м. около 50 кД,что получили впоследствии и другие [79, 71, 74—76]. Сходный белокбыл получен также из плавательного пузыря рыб [53]. Эффективноработает в указанном направлении группа Тидеман [84—88, 49, 50,24 ]. Выделенные ими препаративные количества активных начал та-кого рода — это также низкомолекулярные белки и нуклеопротеиды,где роль нуклеинового компонента неясна. Эти исследователи показа-ли, что мезодермализующий белок легко адсорбируется, проникает вклетку и взаимодействует с ядром, используя в качестве мишени дей-ствия геном. Однако, эта работа небезупречна методически. Нейрали-зующая белковая фракция, по их представлениям, не проникает в

9

клетку, а остается на ее поверхности, на специализированных рецеп-торах, играя роль триггера определенного типа метаболизма.

Интересный метод исследования взаимоотношений ВКМ и клетокпредложили Мэй и Ченг [57 ], которые нашли способ покрытия микро-шариков из цитодекса-2 матриксом желточного мешка с последующейпосадкой на обработанные таким образом шарики клеток различныхлиний обезьяны, крысы, человека, мыши, в том числе и опухолевых.

Эплин и др. [19 ] показали множественность механизмов прикреп-ления эпителиальных клеток амниона человека к их ВКМ, который со-держит как трипсин-чувствительные, так и трипсин-резистентныесайты, обеспечивающие адгезию. Имеются данные о прямом участииВКМ в процессах старения [28, 29 ]. Трудоемкая и значительная рабо-та проделана Хесл и др. [46 ], в которой выявлено с помощью моно-клональных антител наличие в ВКМ антител, отличных от антилами-нина и других к уже известным компонентам ВКМ. Это указывает нато, что макромолекулярный состав ВКМ далеко не изучен до конца.

Не только чисто белковые компоненты ВКМ имеют морфогене-тические свойства, но и полисахаридные компоненты протеогликанов-гликозаминогликаны — обладают модулирующими свойствами в про-явлении активности ВКМ, причем часто их влияния носят разнонап-равленный характер. Так, противоположным образом действуют гиа-луронат и хондроитин-сульфат. Как и в случае коллагена, даже фраг-менты гиалуроновой кислоты ингибируют в определенных условияхфункциональную дифференцировку тканей [22 ].

Существует множество доказательств, что даже после формиро-вания ткани ее способность реализовать свои функции зависит, тем неменее, от природы ее ВКМ. В высшей степени характерно, что клеткив условиях культуры могут претерпевать существенные изменения всвоих дифференцировочных функциях в зависимости от состава иструктуры ВКМ [21 ]. Исследования показали, что определенные фун-кциональные потери культур могут быть восстановлены, если клеткипомещать на естественную поверхность ВКМ, но не на пластик илистекло непосредственно. Положительная роль линзового ВКМ или чи-стого коллагена на формирование клеток линзовой стромы в культуребыла изучена Хэй [45 ]. Эта, а также многочисленные работы по ин-дукции хряща и хондрогенеза показывают, что даже после сформиро-вания хондроцитов или линз искусственное удаление ВКМ приводит кпотере дифференцировочных функций, а его восстановление приводитк редифференцировке. Также как в случае дифференцировочных про-цессов, компоненты ВКМ могут иметь и положительную, и отрица-тельную направляющую в поддержании тканевой специфичности [21,

10

22 ]. Ясно, что ВКМ стабилизирует уже достигнутый тканями морфо-функциональный статус и является, возможно, главным носителемвысших механизмов гемостаза тканей от зрелости до начала старе-ния. Это согласуется с фактом участия ВКМ в старении и необычайноважно в поддержании целостности, стабильности его защитных систем.Однако, этот аспект значимости ВКМ еще требует большой теорети-ческой и экспериментальной работы. Инструктивные функции ВКМпростираются и на клеточную пролиферацию. Регуляция роста — этоважный пункт тканевой специфичности и поддержания «нормального»гемостаза. В противоположность большой литературе по механизмамрегуляции роста клеток в культуре, знание роли ВКМ в этом процессеограничено. Это удивительно, т. к. первые успехи по выращиваниюклеток в культуре были связаны с использованием фибриновых сгуст-ков для адгезии растущих клеток. Биохимия взаимодействия клеточ-ной поверхности с ВКМ стала значительно яснее, когда был открыт,выделен и очищен присущий ему практически всегда фибронектин[47, 95]. С помощью иммунофлуоресцентной техники было показано,что фибронектин располагается внизу и частично поверх культивиру-емых клеток [48 ]. Дальнейшие исследования выявили, что фибронек-тин имеет специфическую роль прикрепления фибробластов к их суб-страту. Количество работ по фибронектину стало быстро расти [см. об-зор 73], выявляя многочисленные детали в организации ВКМ. Былообнаружено специфическое фибронектин-коллагеновое взаимодейст-вие посредством определенных участков связывания с образованиемкомплекса этих молекул в матриксе. Далее, было показано, что ком-плексообразование происходит с участием другого протеогликана —ламинина, а фибронектин способен связывать гликозаминогликаны.Было выяснено также, что фибронектиновая молекула имеет два типасайтов, связывающих компоненты матрикса и клеточную поверхность.Иммунофлуоресцентная микроскопия с использованием антисыворот-ки против актина, тубулина, виментина и других цитоскелетных бел-ков показала высокую упорядоченность в организации внутриклеточ-ных фибрилл, большая часть которых ассоциирована с плазматическоймембраной и ВКМ [56 ].

Было доказано, что фибронектин вне клетки и актиновые пучкивнутри клетки связаны [56 ], а использование изящного методическогоприема мягкого отделения фибробластов от мест связывания на куль-туральных чашках продемонстрировало, что остающиеся после отде-ления клеток молекулярные фрагменты, т. н. "отпечатки ног", содер-жат в своем составе фибронектин и гликозаминогликаны, также как икомпоненты цитоскелета — актин, миозин и белки микротрубочек

11

[30 ]. Это было прямым свидетельством контактов цитоскелетныхструктур с ВКМ.

Однако, эти контакты несут не только чисто механические функ-ции: назначение их, вероятно, гораздо шире. Неожиданным и трудноподдающимся объяснению, например, оказалось обнаружение имму-нологического родства сульфогликопротеина М. м. 205 кД из ВКМ мы-шиных фибробластов с высокомолекулярными белками цитоплазмати-ческих микротрубочек этих клеток [25]. Электронномикроскопиче-ское исследование животных клеток показало, что кроме микрофила-ментов, промежуточных компонентов филаментов и микротрубочексуществуют и сетчатые филаменты, называемые микротрабекулами[92 ], которые контактируют и с ядром, и с цитомембраной. Сущест-венным и принципиальным фактом оказалось и то, что трабекулярнаясеть и филаменты ассоциированы с главным компонентом трансляци-онного механизма клетки — полирибосомами [93 ], функционирова-ние которого напрямую зависит от степени полимеризации указанныхклеточных фибриллярных структур [26 ].

Таким образом, морфо-иммуно-биохимическими методами былоубедительно доказано, что межклеточное вещество — ВКМ — являет-ся сложной, гетерогенной, по сути информационной структурой, обра-зующей с цитомембраной, цитоскелетом и ядром клетки эпигенетиче-ское функциональное единство.

Нарушение этого единства меняет пути цитодифференцировки ивлияет на уже достигнутый сформированными тканями морфо-функ-циональный статус. Эпигено-трансляционная регуляция на уровнеполисом, опосредованная ВКМ-цитоскелетно-ядерными отношениями,должна играть фундаментальную роль в онтогенезе и в поддержанииткане-специфических функций.

В настоящее время сложилась парадоксальная ситуация, когда на-коплен огромный экспериментальный материал о роли ВКМ, как ужеговорилось, преимущественно феноменологического толка, но практи-чески отсутствуют представления о молекулярных и более тонких ме-ханизмах матричной работы. ВКМ функционирует, но каким образом?Морфо-связи ВКМ с ядром, клеточной мембраной цитоплазмой заре-гистрированы, но это еще не означает понимания их работы. Каковоживое содержание этих связей между фибриллярными, главным обра-зом, структурами ВКМ (коллагены), фибриллярными структурами ци-топлазмы (микротрубочки, филаменты мышечных белков, РНК, в со-ставе полисом и рибосомная РНК) и фибриллярной структурой кле-точного ядра (ДНК в составе хромосом)? Что общего, какие рабочиесвязи между этими биополимерами, два из которых (ДНК, РНК), как

12

известно, являются информационными, а коллагены — кандидаты наэту роль?

Попытки ответить на указанные вопросы будут альтернативой по-иска «чистых» морфогенетических веществ, который в настоящее вре-мя дал много, но требует развития в иных направлениях. Диффузияхимических морфогенов от клетки и клетке относительно медленна ине способна объяснить онтогенез [43 ].

Неясное, но потенциально высокозначимое информационное вза-имодействие между матричными структурами, программирующимибелками, ДНК ядра, РНК всех типов и цитоскелетом представляетсяглавным, сущностным в эпигенетических отправлениях ВКМ и высту-пает в качестве первичного содержания предлагаемой версии развитиябиосистемы из яйцеклетки, версии, которая будет постепенно разви-ваться в последующих главах в теоретическом и экспериментальномпланах.

Вернемся снова к модели морфогенеза как пространственной пе-редаче морфогенетических матрично-клеточных механических неста-бильностей [64 ]. Главный элемент модели — создание в матричной се-ти управляющих неоднородностей (градиентов адгезивности, механи-ческих колебаний надмолекулярных структур ВКМ и др.). Математи-ческий аппарат модели позволяет предсказать будущий пространст-венный паттерн мезенхимных клеток в раннем эмбриогенезе, в част-ности,— для кожных перьевых закладок и позвоночных дисков.

Очевидно, модель верна в главном, но отражает лишь начальныетенденции морфогенезов, на что указывают сами ее авторы. И это по-нятно потому, что затрагивается только внешняя сторона, простейшиеформы клеточно-матричных отношений, результат которых в созда-нии механикоадгезивных векторов для движущихся клеток. Но огра-ничиваются ли этим функции ВКМ? Из рассмотренной литературы яв-ствует, что ВКМ распространяет свое влияние внутрь клеток на их ме-таболизм, функцией которого, собственно, и являются клеточные на-тяжения, деформирующие матрикс. Приводимая выше гипотеза «ди-намической взаимности» Биссель и др. [22 ] предполагает, что клеткаи матрикс обмениваются информацией как при цитодифференциров-ке, так и без нее.

И эта гипотеза, и описанная выше модель морфогенеза Остер иДР. [64 ] оставляют без ответа вопрос: как матричная информация пе-редается внутрь клетки, в том числе и сигналы на ее «мышечно»-со-кратительную систему? Может быть, матрично-клеточные колебаниягораздо сложнее по своим пространственно-временным и частотнымхарактеристикам, а следствия их не только и не столько в сигнальных

13

чисто механических деформациях, предполагаемых моделью Остер идр? Можно полагать, что порождаемые этими колебаниями биоэлект-ретные, акустические и иные волновые (полевые) эффекты несут в се-бе гораздо больше морфогенетической эпигенной информации о вза-имных состояниях клетки и ВКМ. Для такого предположения есть оп-ределенные экспериментальные посылки: (а) конформационная ла-бильность молекул ДНК, РНК и белков способна заключать в себе ог-ромный запас информации, (б) конформационная лабильность ДНК,РНК и белков означает изменение их биоэлектретных свойств, а сле-довательно — лабильность и электрических полей, (в) матричные си-стемы (например: костного ВКМ) являются сильными акцепторамиэлектрических, магнитных и электромагнитных излучений. Рассмот-рим подробнее эти три пункта в пределах обсуждаемой проблемы.

Вряд ли имеет смысл приводить здесь результаты исследований поконформационным перестройкам и их биологической значимости длябелков и РНК. Этому посвящена огромная литература. Укажем лишьна то, что давно и хорошо изученные вторично- и третично-структур-ные переходы РНК in vitro до сих пор не зафиксированы для состоянияРНК рибосом in vivo. В равной мере это относится и к рибосомным бел-кам. Более оптимистическая ситуация с транспортными РНК, длякоторых показана существенность молекулярных конформаций вкодон — антикодоновых узнаваниях [96 ]. Изучение вторичных и бо-лее высоких уровней структур ДНК переживают сейчас как бы второерождение. После долгих лет устоявшихся знаний относительно А-, В-конформаций ДНК в рамках модели Уотсона-Крика, появились мно-гочисленные экспериментальные данные о других, отличных от А-В-состояний, структурах ДНК и о чрезвычайной биологической значи-мости топологии ее высших уровней. Так например, было показано,что простейшие топо-формы ДНК — узел (кольцевая замкнутая) и ли-нейная молекулы различаются по эффективности транскрибированиятимидинкиназы в ооцитах шпорцевой лягушки в 500—1000 раз [42].Практически бесконечное варьирование топологических форм ДНК науровнях, более высоких, чем вторичная структура, определяется, ве-роятно, тем, что сама вторичная структура молекул ДНК оказаласьудивительно подвижной, принимающей разнообразные состояния. Да-же в пределах канонической B-формы был обнаружен структурныйполиморфизм [32], который раньше проявлялся только на рентгено-граммах коротких олигомеров. Найдена важнейшая для гено-инже-нерных исследований корреляция между конформацией ДНК и на-правлением действия рестриктаз [62 ]. Вероятно, объединяющим фак-тором для всех высших конформационных состояний ДНК в хромосо-

14

мах служит то, что ее молекулы находятся в жидкокристаллическомсостоянии [34, 2 ], изначально обеспечивающим их упорядоченную ди-намику. Показано существование новых форм вторичной структурыДНК: Z-форма, Р-форма, теоретически описан В => Z переход в ее мо-лекуле [4, 79 ].

Высказано предположение, что ДНК присуща чередующаяся B-Zструктура, которая снимает топологические трудности раскручиванияее молекулы при репликации [11 ]. Приводятся данные, которые по-зволяют предполагать сосуществование и взаимопереход множест-венности конформационных состояний на уровне вторичной структу-ры [79 ], зависящих от определенных последовательностей в ДНК [2,13,5].

Термодинамические, изгибные, торсионные возможности ДНКвелики. С помощью вычислительных экспериментов было обеспеченопредсказание движения вдоль ее цепи особых уединенных волн (соли-тоны, кинки) [3, 16, 14, 97 ], потенциальная роль которых, как это бу-дет показано ниже, огромна. В значительной мере это может относить-ся и к белкам, для которых солитоны также постулированы [7 ]. Ши-рокий спектр возможных структурных перестроек ДНК и теоретиче-ский анализ конформаций динуклеозиддифосфатов позволил Покров-ской и др. [13 ] сделать вывод, что различные специфические последо-вательности полинуклеотидов будут иметь близкие по геометрии ка-нонические структуры, но принципиально отличающиеся неканониче-ские конформаций. Такую возможность они назвали «конформацион-ным кодированием», которое означает, что белково-нуклеиновое узна-вание осуществляется на уровне неканонических конформаций нукле-иновых кислот. А, В плюс В-структурный полиморфизм, Р, неканони-ческие конформаций динуклеозиддифосфатов — все эти большие, ноограниченные вариации взаимопереходящих форм вторичной структу-ры ДНК и ее компонентов детерминируют эволюционно неограничен-ное разнообразие высших уровней организации полинуклеотида.

Это предопределяет то, что лабильная совокупность вариантовнизших (первичная и вторичная структуры) и высших (после вторич-ной) уровней организации ДНК — это огромный пул многоступенча-той и многослойной эпигенетической информации (ее иерархия) о по-тенциальных и реальных операциях с ДНК, предшествующих и под-готавливающих к дифференцированному считыванию матричныхРНК, последующему их процессингу и, наконец, трансляции в амино-кислотные последовательности белков. Оба вида информации, закоди-рованной в РНК,— генетической (первичная структура, нуклеотиднаяпоследовательность) и эпигенетической (высшие и низшие формы упа-

15

ковки вторичной структуры заключены в ее пространственной архи-тектонике, разнообразие которой неограничено или, по крайней мере,неопределенно велико. Кроме того, и это существенно, высшие /(зна-ковые) топологии ДНК в хромосомах интерфазных ядер позволяютвыйти из границ одномерного кодирования биосистемы.

Здесь подтверждается известное положение, что информация естьотраженное разнообразие, в том числе и структурное [10]. Если исхо-дить из того, что при ВКМ-ядерных отношениях происходит «динами-ческий взаимный разговор», между этими внеклеточно-клеточнымиинформационными структурами [22, 80], то передаваемая при этоминформация может пониматься как разнообразие, которое один объект(ВКМ) содержит о другом (ядро). ВКМ и ядро взаимно и динамическиотражают состояния друг друга. Можно сказать об анализируемой си-туации, что при такого рода взаимоотображениях происходит передачаразнообразия от одного взаимодействующего объекта к другому. Приэтом разнообразие меняет свою форму (архитектоника ДНК в хрома-тине сменяется на архитектонику матричной сети, каким-то образомкоррелирует с ней). Говоря языком теории информации, здесь проис-ходит перекодирование разнообразия, но такое перекодирование, ко-торое изменяя форму, сохраняет содержание, конкретное тождествовзаимодействующих систем. Какие силы морфогенетического толка икакие внешние по отношению к организму влияния проводят ДНК иВКМ через эту взаимно коррелированную динамическую иерархиюструктурных состояний в процессе роста и развития организма?

Простейшие топологические переходы (линейная — кольцеваязамкнутая ДНК) могут, к примеру, быть индуцированы электромаг-нитным излучением различных диапазонов. Так, индукция одного избактериоцинов — пиоцина R — осуществляется воздействием ультра-фиолетового света на ДНК бактерии Pseudomonas aeruginosa [6],профага Я у бактерии Esherichia coli электромагнитным полем 40—60 ГГц на субтепловом уровне [1 ].

Чрезвычайно важны в этом плане теоретические и эксперимен-тальные поиски [55, 82, 33 ] по адсорбции электромагнитных излуче-ний (ЭМИ) гигагерцового диапазона молекулами ДНК, в которых бы-ло предсказано и экспериментально подтверждено резонансное взаи-модействие ЭМИ с ДНК. Были обнаружены резонансные частоты мик-роволнового поглощения водными растворами образцов клонирован-ной ДНК с известной длиной, последовательностью и топологией. Этичастоты зависят от длины и формы ДНК и лежат в районе 2—9 ГГц.Близкие явления были зарегистрированы для плазмидных и хромосом-ных ДНК [91 ], а также для рибосомной РНК [60 ]. Полагают [33 ], что

16

аналогичные феномены будут обнаружены и для других линейныхсимметричных биомакромолекул. Не исключено, что таковыми будутколлагены, чувствительность которых в костных матричных системахк ЭМИ исключительно велика [58, 59, 65, 20].

Вернувшись к матричным системам, уместно вспомнить словаГробстейна: «Мудрость матрикса, заимствованная у Кононовой муд-рости тела, вероятно, может быть выражена языком, отличнымот наследственности, но связанным с ней» [41 ]. В сущности, здесьпрозорливо угадан некий гипотетический «язык» матрично-ядерныхотношений, т. е. «язык» обмена супергенетической информацией, о ко-торой говорилось выше, между их главными компонентами — ДНК иколлагеном. ДНК хромосом и коллаген ВКМ пространственно разоб-щены, но связаны через ансамбль цитоскелетно-ядерных фибрилл,микротрубочек, микротрабекул. Это механические связи, создающиепо Биссель и др. [22] геометрически определенные компартменты вцитоплазме и обеспечиваются тем самым метаболические шаблоны иканалы, транспорт продуктов жизнедеятельности клетки. Считается,что эти фибриллярные связи способны каким-то образом преобразовы-вать характер упаковки ДНК в ядре, но это уже из области предполо-жений. Здесь сила гипотезы Биссель и соавторов иссякает. Как ужеподчеркивалось, констатация наличия морфо-связей ВКМ-ядро не оз-начает еще понимания того, как они работают.

Надо полагать, тяговые усилия, т. е. фактически сверхнизкоча-стотные колебания, источниками которых являются «внешний цито-скелет» ВКМ и внутренняя совокупность клеточных фибриллярныхобразований, включая хромосомы, по своей структуре и содержаниюгораздо богаче. Меняющаяся геометрия коллагеновых фибрилл и про-теогликанов в составе ВКМ порождает движение доменов однотипнополяризованных областей макромолекул и соответствующих им элек-трических полей по механизму «биоэлектретного эффекта» [8 ] и дру-гих биополевых эпигенетических потенций, о которых речь пойдет ниже.

Есть прямые экспериментальные указания [76 ] о решающей ролигеометрии костного ВКМ в процессе остеогенеза.

Принципиален вопрос: почему меняется геометрия, суть, струк-турные состояния коллагено-протеогликановой сети ВКМ? Из моделейБиссель и др. [22 ], Остер и др. [64 ] следует, что таковые определяютсясостоянием и типом клеточных популяций, их суммарными тяговымиУсилиями, но кроме того ясно [82, 18, 8, 91, 60, 33], что специфиче-ским образом неслучайно поляризованные ассоциаты макромолекул, втом числе и в составе ядра, ВКМ и полирибосом, не могут не взаимо-действовать с внешними по отношению к организму электрическими,

17

магнитными и электромагнитными полями. Последнее находит осо-бенно яркое экспериментальное подтверждение на примере кости какгипертрофированного ВКМ [59, 65, 20, 58 ].

Уже более 10 лет назад было принято [59, 65], что электретныеи информационные свойства ВКМ костей каким-то образом связаны,а Пилла [65 ] на основании своих экспериментов по изменению остео-геназа импульсными электрическими полями, доказал, что при этомпроисходит перенос электрохимической информации через межкле-точное вещество на мембрану клетки. Особое значение в этом процессепринадлежит коллагену (как электрету) и ионам Са++". Однако, содер-жание понятия «электрохимическая информация» остается неопреде-ленным.

Бассет и Павлюк [29 ] также полагали, что обнаруженные в осте-оцитах и их ВКМ пиро- и ферро-состояния биополимеров, а также ихэлектретные свойства определяют многие особенности костной ткани.Затем было продемонстрировано, что кости характеризуются опреде-ленным электретным состоянием и способны накапливать большие ко-личества поляризации (до 10 В/см ). Даже малые электрические полямогут индуцировать в них измеряемое электретное поведение [59 ].Свойства костной ткани обусловлены электретным механизмом накоп-ления заряда в пространстве кости. Это обусловило применение давновошедшего в клиническую практику ускоренного сращивания костныхобломков постоянными электрическими и переменными электромаг-нитными полями нетепловых уровней [58 ].

Поскольку огромное большинство биополимеров могут содержатьдиполи и (или) ионы, электретное состояние для них — неотъемлемоекачество. Вода, связанная с биополимерами, может также быть резер-:

вуаром накопления электрической энергии посредством электретногоэффекта, а следовательно — и источником внутренних полей организ-ма. Другим, не менее важным, источником внутренних полей организ-ма являются трансмембранные электрические поля, обусловленныекалий-натрий и водородными насосами в нервных клетках и митохон-дриях. Это перманентно присутствующие, перемещающиеся, меняю-щие свои характеристики поля, не учитывать действия которых, в ча-стности,— на ВКМ, нельзя. Правильнее будет поставить вопрос дажешире: как влияют взаимодействия электрических полей цитоплазма-тического и матричного происхождения на ВКМ-клеточные взаимоот-ношения? Несомненно, эти отношения включают в себя и обмен ин-формацией, реализующей, по крайней мере частично, ту «динамиче-скую взаимность» клетки и ее ВКМ, которую постулирует Биссель идр. [22 ]. Таким образом, можно полагать, что инструктивная инфор-

18

мация сложных полимерных сетей ВКМ заключена в динамизме ихэлектретно-полевых состояний и связанных с ними конформационныхперестроек.

Если, исходя из сказанного, принять положение, что надмолеку-лярные ассоциаты биоэлектретной протеогликано-коллагеновой сетиВКМ в аранжировке малых «программирующих» белков являются спе-цифическими акцепторами, преобразователями и передатчиками отклетки к клетке внутренней и внешней полевой информации, то гипо-теза Гробстейна [41 ] о «мудрости матрикса», имеющего свой «язык»,становится более понятной. «Диалог» клетка-матрикс, кроме мелко-масштабного тактического пути диффузии, рецепции и, вероятно, эн-доцитоза морфогенов, может проходить в эпигенетическом режиме настратегическом крупномасштабном уровне, на кодовом «языке» элек-третно-конформационной динамики взаимоотражающих состоянийядра клетки и матричной системы. Это «язык» электрических и элек-тромагнитных полей мобильных областей поляризации макромолеку-лярных и надмолекулярных ассоциатов матриксов, ДНК хромосом иРНК в составе белок-синтезирующей клеточной «машины». В прямыхфизико-биологических экспериментах были зарегистрированы слабыеэлектромагнитные излучения, генерируемые в течение нескольких ми-нут в процессе синхронного деления клеток дрожжей и водорослей вкультуре, когда активность и лабильность хроматина максимальна[81, 66, 67 ]. Авторы исследований полагают, что такого рода электро-магнитные колебания являются необходимым условием нормальногоклеточного деления. Эти данные прямо свидетельствуют в пользу спе-цифического полевого «языка», присущего информационным макро-молекулам. Не исключено также, что одним из таких полевых векто-ров является и акустический канал фононов, порождаемых конформа-ционными и иными колебаниями рассматриваемых матричных и по-линуклеотидных макромолекул.

Необходимо осознать еще одно существенное обстоятельство.Эпигенез матриксов отражен в эпигенезе хроматина, его ДНК. В этойсвязи надо понять: каковы эпигенетические функции хромосомнойДНК и РНК белок-синтезирующего аппарата?

Можно условно классифицировать уровни организации ДНК иРНК по их генетической и эпигенетической информационной ценно-сти в виде иерархии кодовых состояний. 0-уровень: короткие, линей-ные однонитчатые ДНК и РНК. Идеализирование транскрипция-трансляция без конформационных влияний полинуклеотидов на этотпроцесс. 1-уровень: нелинейные однонитчатые ДНК и РНК. Появля-ются конформационные влияния полинуклеотидов эпигенетически

19

низшего порядка («шпильки», «крестообразные структуры»), воздей-ствующие на транскрипцию-трансляцию. 2-уровень: двунитчатаяДНК с локально расплетенными участками для синтеза информацион-ной РНК. Конформационные эпигенетические влияния А-, В-, Z-, Р-структур на больших участках ДНК становятся значительными. 3-уровень (особый): линейная нерасплетенная двойная спираль ДНК.Генетический код «закрыт» сам на себя ассоциацией двух нитей поли-нуклеотида. Скачок в новое качество: содержится генетически «все» иодновременно «ничего», линейный одномерный генетический код «нев работе». Это начало высших эпигенетических функций ДНК, выходв нелинейное многомерное кодирование пространства-времени биоси-стем. За-уровень: кольцевая замкнутая ДНК. Кольцо — это простей-шая эпигенетическая информация высших топологических структурдвойных спиралей полинуклеотида. Зб-уровень: катенаны, образован-ные несколькими взаимодействующими кольцевыми замкнутымиДНК. Зв-уровень: суперспирали, сложные узлы ДНК. Зг-уровень: вы-сшие уровни организации жидкокристаллических (холестерических ииных) топо-форм ДНК в составе хроматина. Выход в новое качествовысокодинамичного структурного полиморфизма больших участковДНК стратегической значимости — основы эпигенетического развито-го кодового «языка» общения с матричными сетями и белково-синте-зирующим аппаратом клетки.

В этой классификации особого внимания заслуживают 3 качест-венно различных уровня в иерархии структур ДНК и соответствую-щих им скачков в ценности гено-информации: 0-уровень; это монотон-но вытянутая нить однотяжных ДНК и РНК. Здесь чисто генетическийуровень кодонов. 3-уровень особый; это двойная спираль ДНК, уро-вень еще не снятой, запасенной информации. Зг-уровень; разрешенпрактически неограниченный набор топологий в пределах жидкокри-сталлического состояния ДНК в ядре клетки. Этот динамичный наборявляется, возможно, кодовым эпигенетическим «языком», а точнее —«словарем» ядерно-матричных эпигенетических отношений.

Разумеется, выделение указанных уровней — логическая опера-ция, носящая несколько искусственный характер, поскольку реальновсе уровни ДНК сосуществуют и взаимопереходящи, но эта операциянеобходима для уяснения соотношения Низшего и Высшего в содержа-нии генетической и эпигенетической информации. Необходимо понятьтонкие различия генетического и эпигенетического языков, их роль яместо в морфогенезе, без этого невозможно раскрыть механизмы регу-ляции активности хроматина, которые, как справедливо отмечает всвоем обзоре Ривс [72 ], почти неизвестны. Каждый новый уровень по-

20

сле 3-го, каждая структурная особенность добавляет эпигенетическуюинформацию, нацеленность которой — выйти в онтогенетическуюмногомерность организма.

Должно существовать функциональное самоупорядочение геномаэпигенетического толка в духе концепции Каспара [52 ], которая пред-полагает гармоническую систему генных, связей, накопленных в про-цессе естественного отбора, которые обеспечивают высокую самоорга-низацию хромосом, например после каждого акта митоза или мейоза.В обсуждаемой системе соотношения Высшего и Низшего в геномеэукариот 3-ий уровень иерархии (двойная спираль ДНК) может бытьтакже, как и 2-ой, подразделен на подуровни вторичной структуры(А-, В-, Б структурный полиморфизм, Z-, Р-формы полинуклеотида),несущие, возможно, смешанную эпи- и генетическую информацию.Все указанные уровни и подуровни организации ДНК образуют слож-нейшую в своей соподчиненности и взаимосвязях иерархию эпигенныхи генетических кодирующих состояний, определяющих в итоге диффе-ренциальную активность генома в онтогенезе, а главное,— цитодиф-ференцировки и морфогенетические движения клеточно-тканевых

пластов, образующих, собственно, пространство-время организма.Это хорошо согласуется с аналогичной, но более локальной гипо-

тезой «конформационного кодирования», предложенной Покровской идр. [13].

Думается, что эпигенетический режим ядерно-матричных отно-шений — это стратегия, т. е. выделение больших блоков активного

хроматина, организация работы с ним и с его специфическими после-довательностями на ДНК типа энхансеров и, наконец, геномный «ана-

лиз» значимости используемых топологий ДНК [72 ] с последующимвключением их в супергенетическую работу. Синтез же конкретныхинформационных РНК — это не более чем тактика генома, обеспечи-ающая наработку белковых структур.

Должны сосуществовать информационно взаимно однозначныесостояния надмолекулярных уровней ДНК в составе хроматина,РНК и РНК в составе рибосом, полисом, информасом и протеоглика-ноколлагеновой сети ВКМ. Таковыми могут быть некие изоморфныедля ядра, белок-синтезирующего аппарата и матрикса нелинейно-ди-намические инфраструктуры, индуцируемые как некие знаковые вол-новые состояния. Не исключено, что такие изоморфные динамическиеэпигенные инфраструктуры могут образовываться в определенных ус-ловиях спонтанно как своего рода «фонд слов», предшествующих про-граммно-«речевому» управлению клеточными компонентами, цито-дифференцировкой и распределением гисто-структур в пространстве и

21

времени организма. Эта гипотеза (в своей генетико-физико-химиче-ской и эмбриологической части в модельных условиях, на чистых пре-паратах конденсированных ДНК, коллагена и рибосом, а также напроростках семян растений) в какой-то степени подтверждена нами(см. ниже). В хорошем соответствии со сказанным находится теорети-ческая работа Вологодского [5 ] о взаимной корреляции различных по-следовательных локальных структурных переходов (В-, Z-, В -> Z) вкольцевых замкнутых ДНК под действием отрицательной сверхспира-лизации. Учитывая этот результат, можно считать, что локальнаяструктурная нестабильность ДНК в хроматине порождает лавину вза-имно коррелированных «ответов» на других уровнях полинуклеотидаи соответствующих им электретных и иных полевых состояний с по-следующим возможным переносом их на матричные системы.

Предполагаемый дуализм ДНК, РНК и биополимерных матрич-ных молекул отражает их способность обмениваться информацией подвум каналам: медленному химическому, точнее,— биохимическому(тактические пути) и быстрому физическому, (стратегические направ-ления). Физический канал гетерогенен (электрические, электромаг-нитные, акустические поля, домены поляризации) и определяется пре-имущественно нелинейно-динамическим состоянием рассматриваемыхбиополимеров.

Ядерно-матричные отношения можно анализировать в русле вы-сказанных идей и более широко в том смысле, что матричная и хро-мосомная информация может мигрировать полевыми каналами нетолько в направлениях «клетка 1 <==> матрикс <=> клетка 2», но ипо всему интерцеллюлярному ретикулуму, который, вероятно, спосо-бен быть субстратом особой сигнальной системы организма, в том чис-ле — и субстратом биологически активных точек (БАТ) акупунктуры.При этом интерцеллюлярный ретикулум может выступать как своеоб-разный надмолекулярный аналог нейронных сетей, который обеспечи-вает направленное введение информации в определенные клеточные итканевые ассоциаты, в том числе и в «матриксы акупунктурной ком-петенции».

Отсутствие экспериментальных данных о реальном, действующемсубстрате БАТ [15, 27], которое опосредует стимулирующее влияниечжень-цзю терапии, косвенно подтверждает такое предположение.

Предлагаемая гипотеза кодовой иерархии взаимнокоррелирован-ных электретно-полевых состояний матриксов и геномов соответствуетпредставлениям Фрелиха, который предположил, обосновал теорети-чески и получил экспериментальные доказательства (см. обзор 66],подтвержденные затем другими [81, 66, 67, 68, 31 ],— продуцирования

22

животными, микробными и растительными клетками переменныхэлектромагнитных полей.

Работы Фрелиха находятся в тесной связи с представлениями овысокой чувствительности некоторых биологических систем, особеннобиомембран, к слабым электрическим и электромагнитным полям. Этисистемы могут накапливать сигнал энергии и таким образом превы-шать тепловой Больцмановский шум (кТ), они могут обеспечиватьсясравнительно малыми энергиями активации и при этом — быть защи-щены от тепловых флуктуаций [18]. С точки зрения эволюции, био-логическая мембрана может быть рассмотрена как одна из наиболееэлементарных диссипативных систем [61 ], которая является химиче-ски накачанной, открытой и устойчивой, а энергия, поставляемая ей,обеспечивается последовательностью обратных связей, как накоплен-ного результата осцилляторных биохимических реакций [63 ]. Послед-ние являются источником когерентных колебаний в биологической си-стеме, которые могут переходить в низшие колебательные состояния,характеризующиеся высокой степенью пространственной когерентно-сти по типу бозе-конденсации фононов. Общая теория когерентных ко-лебаний в биологических системах была развита Фрелихом [34-38],где он рассматривает коллективные химические осцилляции, в кото-рых белки, окружающие ионы и структурированная вода являютсяглавными составляющими и осциллируют между сильным электриче-ски полярным возбужденным состоянием и слабым полярным фоновымсостоянием. Слабая химическая осцилляция в них связана с соответ-ствующими электрическими колебаниями. Сильное электрическоевзаимодействие между высокополярными состояниями в связи с силь-ным сопротивлением электрической проводимости налагает лимит-циклические ограничения на эти полярные системы, делая осцилля-ции крайне чувствительными к внешним электрическим и химиче-ским влияниям. Ответы на них носят кооперативный характер, нели-нейны и часто бывают сильными в ответ на сверхслабые стимулы [18 ].

Как видим, соображения относительно информационной природы(электретно-полевых каналов) комплекса ВКМ-мембрана не противо-речат лапидарно изложенным следствиям из модели Фрелиха. По-скольку многочисленные исследования, приведенные выше, свиде-тельствуют о том, что функции плазматической мембраны in vivo немогут более рассматриваться отдельно от единого с ней ВКМ, то ясно,что уравнения неравновесной термодинамики, описывающие свойстваклеточных мембран [23 ], должны включать в себя члены, учитываю-щие функции ВКМ. Исключительная чувствительность к слабым по-лям, свойственная клеточной мембране in vivo, может иметь главной

23

67. Pohl H. A. (1984). Int. J. Quantum Biol. Symp., N I: Proc. Int. Symp. Quaht. Biol.and Quant. Pharmacol., Palm, coast Florida., 1984, March 12-15, p. 367-368.

68. Pokorny J., Vacek K., Fiala J., J. Biol. Physics, 1984, v. 12, N 4, p. 79-84.69. Rath N. C, Reddi A. N.. Nature, 1979, v. 278, p. 855.70. Reddi A. H., 1975, (see Slavkin, Greulich, 1975).71. Reddi A. H. (ed), Extracelular matrix: structure and function. UCLA symposia on

molecular and cellular biology. New series, 1975, v. 25. Alan R Uss Inc. (New-York), 435pages.

72. Reeves R., Biochim. et biophys. Acta: Gene Struct, and Express., 1984, v. 782, (N9),N 4; p. 343-393.

73. Ruoclahti E., Enhvall E., Hayman E. G., Collagen Res., 1981, v. 1, p. 9.74. Sampath T. K., Reddi A. H., Proc. Natl. Acad. Sci. USA., 1983, v. 80, p. 6591-6595.75. Sampath T. K., Wientroub S., Reddi A. H., Biochem. Biophys Res. Comm., 1984,

v. 124, N 3, p. 829-836.76. Sampath T. K., Reddi A. H., J. Cell Biol., 1984, v .98, N6, p. 2192-2197.77. Saxen L., Toivonen S., J. Embryol. Exp. Morphol., 1958, v. 6, p. 616-613.78. Seyedin S. M., Thompson A. Y., Rosen D. M., Pies K. A., J. Cell Biol., 1983, v. 97,

N6, p. 1950-1953.79. Shindo H., Fujinara Т., Akutsn M., Matsumoto U., Shemidzu M., J. Mol. Biol., 1984,

v. 174, N1, p. 221-229.80. Slavkin H. C, Greulich R. С <eds), Extracellular Matrix Influences on Gene

Expression., 1975, New York. Acad. Press.81. Smith С W., Front. Enh. and Comput. Health Care, Proc. 6-th Annu. Conf. IEEE

Eng.Med. And Biol.Soc., Los Abheles, Calif., 15-17 Sept. 1984. New-york. p. 176-180.82. Swicord M. L., Davis С. С, Biopolymers, 1982, v. 21, p. 2453-2460.83. Suzuki M., Dev.,Growth and Differ., 1981, v. 23, p. 349-360.84. Tiedemann H. J. Cell Physiol., 1968a, v.72, Suppl. 1., p.129-144.85. Tiedemann H., In: Grhaniser, 1968b, (eds.Nakamura C.Toivonen S) Elsevier North

33/Holland Biomed. Press.86. Tiedemann H., Born J., Tiedemann H., Roux'archiv, 1972, v. 184, p.285-299.87. Tiedemann H., Born J., Tiedemann H., Roux'archiv., 1972, v.171, p.160-169.88. Trelstad R.L. (ed), Role Extracellular Matrix. In: Development. 42-nd Ann. Symp. of

the Soc. for Develop. Bol Biol., 1984, Allan R. Liss ins (New York), 643p.89. Urist M.R., Nikulski A., Lietse A., Proc.Natl.Acad.Sci.USA, 1979, v.76, p.1828-1832.90. Vanio T-.-Toivonem S., Saxen L., Ann.Med.Esp.Fenn., 1958, v.36, p.285-291.91. Weisburd S., Sci.News, 1984, v. 125, N16, p. 248.92. Wolosewick J. J., Porter K. R., Am. J. Anat., 1976, v. 147, p. 303.93. Wolosewick J. J., Porter K. R., J. Cell Biol., 1979, v. 82, p. 114.94. Wolpert L., Curr. Top. Devel. Biol., 1971, v. 6 (Moscona A. A., Monroy A., eds ),

Acad.Press, New-York and London, p. 183-224.95. Yamada К. М., Weston A., Proc. Natl. Acad. Sci. USA., 1974, v. 71, p. 3492.96. Yokoyata S., Miyazawa Т., J.Mol. Struct, 1985, v. 126, p. 563-572.97. Yomosa S., Phys. Rew A.: Gen. Phys., 1983, v. 27, N4, p. 2120-2125.

26

2. ИЗО- И ГОМОМОРФИЗМ ОТНОШЕНИЙ ВКМИ ЯДРА КЛЕТКИ

Геномы отдельных клеток не работают изолированно ни в разви-вающихся биосистемах (клетки, ткани, организм), ни в стационарных(финальный морфогенетический паттерн). Между клетками идет про-цесс обмена информацией, в частности — эпигенетической [1 ]. Болеедетально об этом в другом фрагменте данной работы [2 ]. Здесь же ак-цент сделан на анализ" авторских экспериментальных данных по спек-троскопии корреляции фотонов информационных биополимеров invitro в двух аспектах с позиций биологической значимости и понима-ния результатов на уровне категорий Отражения и Взаимодействия.

Вопрос о переносчике информации от клетки к клетке не триви-ален. Химические носители информации, предлагаемые теорией дис-сипативных структур [3 ], обеспечивают только относительно медлен-ные пути миграции биосигнала состояния клетки, что противоречитданным о наличии также и быстрых каналов связи [4 ], дополняющих,вероятно, функции нервной системы. Такими быстрыми каналами свя-зи предположительно считают полевые состояния биоструктур и орга-низма как целого [1,2], однако о природе полей - носителей биосигналапрактически ничего не известно. Вместо этого выдвигаются аморфныепонятия «биополя», «биоэлектретного эффекта», единого «электромаг-нитного континуума» «митотических лучей» и т. д. Вместе с тем намиэкспериментально обнаружено явление изоморфизма в колебательныхсвойствах главных информационных биополимеров — ДНК, рибосоми коллагена (Д, Р, К). Эта сторона нелинейной динамики изучаемыхбиоструктур заслуживает особого внимания и она иллюстрированаспектральными данными в конце этой главы. Указанное явление мо-жет иметь прямое отношение к реальным механизмам быстрого пере-носа информации внутри клеток, между клетками и тканями по фи-зическим каналам, в частности солитонно-голографическому. Обнару-женный изоморфизм выявляется как коротко живущая тождествен-ность время-зависимых динамичных, полиморфных временных авто-корреляционных функций светорассеяния для структурно и функцио-нально различающихся биомакромолекул, точнее — надмолекуляр-ных структур (Д, Р, К). В общем, наличие идентичных специфическихи легко распознаваемых паттернов в спектрах колебаний Д, Р, К мо-жет служить еще одним свидетельством биознаковой нагрузки этихколебаний. Тем не менее, полное извлечение информации из указан-

27

ного явления — трудная задача, поскольку возникает ряд теоретиче-ских сложностей:

(1) непредсказуемость появления изоморфных функций в рядуменяющихся не изоморфных;

(2) неясно: что конкретно отражает данный вид изоморфных фун-кций? Или коротко живущую тождественность архитектоники укла-док нетождественных биополимеров, что может быть и следствием, ипричиной определенного типа звука, генерируемого макромолекула-ми. Или это иной механизм, не имеющий пока рационального объяс-нения;

(3) непонятны причины аномально долгого затухания колебанийД, Р, К в наших экспериментах и непредсказуемо богатый набор от-вечающих им автокорреляционных функций.

Осознание этого явления не может быть полным без предвари-тельного теоретического анализа понятий изо- и гомоморфизма в рам-ках теории отражения применительно к изучаемому феномену.

Математически понятие изоморфизма формулируется следую-щим образом. Два множества объектов А и В находятся в отношенииизоморфизма, если между их элементами установлено взаимно-одно-значное соответствие, и если для некоторых элементов множества Ввыполняется отношение Кп, соответствующее К, и наоборот. Если А иВ изоморфны и если А удовлетворяет некоторой абстрактной системеаксиом, то и В удовлетворяет той же системе аксиом. Отношение изо-морфизма как бы сохраняет подобие отношений между соответствую-щими элементами множества А и В [7 ]. С позиции гипотезы Тоталь-ного Гетероволнового Автосканирования (см. ниже) понятие изомор-физма выступает как элемент-аналог проявления известных в гологра-фии процессов многомерного взаимоотображения между объектом иего волновой моделью. При этом, существенным для такого рода ото-бражения является общий для всех уровней организации материипринцип, что каждое сложное высокоорганизованное целое имеет та-кие структурные образования, которые берут на себя функции целогои играют ведущую роль в их структурно-функциональных проявлени-ях. [5]. Для голограммы — это любой ее фрагмент, сопоставимый сдлиной волны записывающего поля. Он способен, дифрагируя рефе-рентную волну, реконструировать многомерную электромагнитнуюили акустическую модель целого объекта с большей или меньшей точ-ностью.

Для Живого это положение находит яркое подтверждение в форме«голографичности» его информационных систем, в частности — голо-вного мозга [6 ].

28

Вероятно, это относится к феноменам акупунктуры и иридодиаг-ностики, для которых характерно отображенное представительство ор-ганов и систем животных и человека в малых объемах поверхностныхслоев тела и радужной облочки глаза. Сюда же примыкает отчетливовыраженная «голографичность» на уровне хромосомно-«водного» кон-тинуума. «Голографичность» Живого требует тщательного теоретиче-ского анализа и соотнесения его с обнаруженным явлением изомор-физма в колебательных свойствах информационных структур, препа-ративно изолированных из биосистем. Примем, что колебательные со-стояния Д, Р, К не изоморфного характера можно условно рассматри-вать в ситуации in vivo как «шум», а изоморфизм — как объединяю-щий «сигнал» — элемент голографической или иной системы управле-ния, так или иначе связанной с волновыми состояниями Д, Р, К. Вэтом плане важен общий анализ понятия ИЗОМОРФИЗМ, но не менееважен и частный — в применении и к биохимическому каналу связимежду Д, Р, К достаточно хорошо изученному, и к физическому вол-новому, о котором практически ничего не известно. И общий, и част-ный анализ целесообразно проводить в русле теории отражения, рас-сматривающей эволюцию отражательных (сигнальных, в известномсмысле) свойств неживой материи к биосигнальным свойствам живыхсистем, высшим проявлением которых является сознание.

Отношения между Д, Р, К в живой системе — это отношения нетолько биохимической, но и эпигенетической акустико-электромаг-нитной коммуникации, существо которой может быть элементом поляразнообразия, кодирующего исходное сообщение, т. е. быть эпигено-сигналом, функционирующим как некоторый абстрактный предмет,элемент системы знаков, если находиться на позициях авторов [7 ].

Если акусто-сигналы и сочетанные с ними электромагнитные всистеме общения между Д, Р, К носят знаковый характер и являютсяэлементами этой системы, то они способны, в принципе, кодироватьпервичное сообщение (элементы поля разнообразия), а при декодиро-вании могут воспроизвести некоторую структуру, изоморфную исход-ной.

Структура, которая создается идеальным кодом, представляет со-бой инвариант при переходе от одной изоморфной структуры к другой.Такой инвариант структуры и есть информация в рамках «шеннонов-ского» интервала абстракции [7 ]. Это означает, что при передаче од-ной и той же информации между Д, Р, К можно использовать РАЗ-НЫЕ кодовые волновые сигналы, инвариантные смыслу информации,а, следовательно,— и структуре Д, Р, К в момент приема этой инфор-мации. Иначе: коды сообщения РАЗЛИЧАЮЩИЕСЯ, а смысл ОДИН;

29

и локальная структура с динамикой приемников, которыми являютсяД, Р, К в момент акцепции сигналов ОДИНАКОВА, например,— тождественные жидкокристаллические упаковки по типу холестериков итождественный спектральный состав акустических и электромагнит-ных колебаний. Если при этом директора холестериков Д, Р, К будутпромодулированы идентично с образованием голограммы (в общемслучае — дифракционной решетки), содержащей некоторую знаковую(образную) биоинформацию, то возникнет именно такая ситуация сбиосигналом, инвариантным одновременно источнику, носителю иприемнику информации. Д, Р, К — это самоорганизующаяся система,которой адресовано передаваемое сообщение от других клеток и тка-ней; и сама Д, Р, К-структура, приняв сигналы, передает их дальше,являясь также распределенной системой ассоциативной памяти, как игеном эукариот. В этом смысле Д, Р, К являются элементами надмо-лекулярного биокомпьютера, архитектоника и функции которогофрактально вырастают в новый уровень, более развитый по сравнениюс хромосомным голографическим биокомпьютером, и это один из мно-гих уровней квазиразумной деятельности биосистем помимо работымозга. Д, Р, К континуум осуществляет опознание «метаболическогообраза» организма в виде волновой модели через систему знаков, час-тным случаем которых являются волновые фронты голограмм, и oпе-рирует этими образами для организации метаболизма в пространстве-времени биосистемы. Д, Р, К — это элементарные и «объект», и «субъ-ект» одновременно, поскольку в этой ячейке «самопознания» происхо-дит взаимный обмен информацией, взаимоотождествление каждого-элемента этой системы с каждым, их «взаимоизучение» с помощьюспецифических отражательных актов. Между Д, Р, К устанавливают-ся информационные потоки, которые выполняют роль гносеологиче-ских посредников в процессе взаимоотражения. Биохимические по-средники — это иРНК, тРНК (для Д, Р), физические посредники -это гетерополя: акустические и электромагнитные, включая солитон-ные (для Д, Р, К). Биохимическая информация инвариантна к ее хи-мическим носителям: одна и та же структура белка (первичная) коди-руется разными носителями (ДНК хромосом, иРНК, тРНК). Сходнаяситуация с физическими каналами биокоммуникаций: содержаниефизической информации инвариантно к ее волновым носителям -сверхслабым звуку и свету внутриклеточных компонент.

Объект, субъект и информационные посредники, взятые вместе,образуют т. н. «исходную гносеологическую ситуацию», а когда всеэлементы ее функционально объединены,— она превращается в «стан-дартную гносеологическую ситуацию» [7 ]. Представляется, что это в

30

предельно абстрактной форме выражает знаковые биоотношения меж-ду Д, Р, К in vivo.

Интересно сопоставить потенциальные механизмы «метаболизмаинформации» с ее переотображениями на условных уровнях физики ибиохимии. На биохимическом уровне отражение носит или «зеркаль-ный», или полностью тождественный характер (репликация и РНК наДНК, редупликация ДНК). Более детально это можно выразить сле-дующим образом.

Изоморфные «зеркальные» отображения — это почти полное по-вторение структуры (первичной) ДНК в РНК при транскрипции РНКна ДНК и наоборот (обратная транскрипция). Тождества структур невозникает. Более высокий уровень изоморфизма — при репликацииДНК. Первичная структура одной нити ДНК полностью, но «зеркаль-но» отображается в другой нити. Затем «зеркальность» снимается прикомплементарном достраивании каждой из реплик одиночных нитей.В итоге две двойные спирали ДНК полностью повторяют друг друга,т. е. становятся полностью тождественными.

Иной ход событий при отображении первичной структуры ДНК ви РНК, а затем в последовательности аминокислот кодируемого белка.Эти отображения гомоморфны, т. к. нет взаимно однозначного соот-ветствия операций на этих гетерополимерах: изменение последова-тельности в ДНК и, соответственно, в и РНК влечет за собой измене-ние первичной структуры кодируемого белка, но обратная операция,насколько известно, не выполняется.

Резонно поставить вопрос об аналогии таких сигнальных гомомор-фно-изоморфных отношений с синергичными им информационно-волновыми процессами на субстратах Д, Р, К. На физическом уровнемежду Д, Р, К при обмене полевой информацией также могут реали-зоваться отношения изо- и гомоморфизма.

Этот уровень информационного общения не изолирован абсолют-но от биохимического, но может образовывать новое физико-биохими-ческое содержание (новое измерение), с более высоким уровнем орга-низации и выступающее в иной форме, например,— в виде аналоговголографических процессов с образованием волновых эквивалентов(«образов»), дающих информацию об излучающих и (или) рассеиваю-щих гетерополя биоструктур. Как уже отмечалось, голограмму разум-но рассматривать на эпигенетическом уровне как примитивную формубиознака, пассивно и точно отображающего биоструктуру, как напри-мер в фантомном листовом эффекте. Знаковая свертка биоинформа-ции может быть существенно плотнее. Это примерно такое же соотно-

шение, как между текстом и контекстом. Последний информативнее;

31

текст для него — лишь носитель. Также и сама голограмма может слу-жить субстратом записи информационно более емких символов, знаковпо сравнению с прямым планом строения.

В этой связи уточним трактовку канонического соотнесенияГеном <—> Организм как систему изоморфно-гомоморфных взаимо-отображений. Для высших уровней геномного кодирования характернаабстрактность (стратегичность) шифровки пространства-времени вы-сших биосистем: к примеру, конкретное растение (береза, герань) мо-гут быть большими или не очень в зависимости от условий внешнейсреды, но общий план их строения выдерживается строго. Здесь Геноми Организм находятся в режиме изоморфных отображений. При такомвзгляде старая и далеко не решенная проблема — наследуются ли ор-ганизмами приобретенные в ходе эволюции признаки — приобретаетновое, может быть математически формализуемое,содержание. Еслиже перейти на низшие уровни генокодирования (репликация иРНК,синтез белков), то в этом случае абстрактность кодов не допустима,требуется точное копирование матриц, их взаимоотображения не вза-имооднозначны, гомоморфны: мутирует ДНК — изменяется белковыйпродукт, но не наоборот.

Рассмотрим знаки бионадмолекулярного уровня как кодовые вол-новые сигналы, символизирующие структурно-функциональные со-стояния генерирующих информацию биоструктур. Все это формы по-левой коммуникации, например в Д, Р, К, и они могут служить эле-ментами волновой самоорганизации живых систем. Существенно, чтотакие способы оперирования субклеточной и клеточно-тканевой ин-формацией энергетически выгодны организму, они почти «даровые»,поскольку используют естественные гетерополя Живого: видимый иинфракрасный диапазоны, микроволны, акустические поля, пезовол-ны, солитоны. Вообще, идея ЗНАКА в информационных потоках длябиосистем потенциально богата и объясняет с неожиданных позицийне только их биополевые функции, но и химические кодирующие осо-бенности гормонов, как символов определенных метаболических со-стояний. Собственно, эндогенные аналоги голографических решеток,примером которых являются интерферограммы шредингеровских волнв коре головного мозга [6 ], являются типично знаковыми системами.Волновой биосигнал есть концентрированное отражение настоящихили потенциальных событий в организме: идеальный образ предмета вголовном мозге, как высшая форма биосигнала, есть развертка этогообраза из знакового паттерна нейронной активности, которая такжеимеет волновую компоненту солитонной природы [11 ]. Свертка поле-вого знака для биосистем реализуется в частном случае в виде голо-

32

графического (интерференционного) узора на адекватных биосубстра-тах, в качестве которых могут выступать и Д, Р, К, а также за счет ихзнаковой нелинейной динамики, образующей своеобразное «семанти-ческое поле». Одной из форм такого поля выступает, вероятно, и био-логическое поле, концепцию которого предложил А. Г. Гурвич [14].

фрелиховские когерентные поля биосистем в данном случае могутиграть роль опорных волновых фронтов, на которых происходит голо-графическая запись. Они же могут выполнять считывающие функ-ции. Таким путем может запасаться ЭПИГЕНЕТИЧЕСКАЯ информа-ция, коррелятом которой является СТРУКТУРА организма. Нет осно-ваний думать, что эндогенные аналоги голограмм образуются только вкоре головного мозга. Универсальность такой системы информацион-ной самоорганизации в биосистемах вытекает из законов соотношениявысшего и низшего, в первоначальном виде сформулированной ещеГегелем, который выдвинул идеи развития, преемственности, включе-ния в высшее, подчинения («снятия») низшего высшему.

В этом смысле можно думать, что шредингеровская волновая го-лография в коре головного мозга [6 ] является высшей формой органи-зации волновых процессов Живого, фрактальные более простые ана-логи которой имеются и на других уровнях биосистем, в том числе ина уровне Д, Р, К.

Низшее и высшее, по крайней мере в макромире, соотносится врамках Гегелевской категории снятия, входящей как часть в закон «от-рицание отрицания». Это близко системе изоморфных отображенийразных уровней развития, например,— биосистемы. По сути, синони-мичен этим понятиям и принцип фрактальности (или голографично-сти, поскольку голограмма — это фрактальная структура) организа-ции материи, в том числе живой, и сознания также.

Организму (как целому) и всем его информационным системамчрезвычайно выгодно, что ЗНАК «... существует объективно, вне инезависимо от ... воспринимающего устройства ... и как реальныйпредмет (явление, процесс, действие) знак в состоянии «записы-вать» информацию о других предметах» [7 ], которые взаимоотража-ют состояния друг друга. Это полностью относится и к коммуникацияммежду Д, Р, К с помощью Гетероволновых знаковых сигналов. Важноотметить, что включение полевого состояния в знаковую ситуацию исоответственно в элементарные «гносеологические» (отражательные)отношения в триаде Д, Р, К предполагает не только передающий объ-

ект, но и воспринимающий — интерпретатор информации. Так, на хи-мическом уровне рибосома «интерпретирует» ДНК через промежуточ-ную «интерпретацию» информационных и транспортных РНК. Здесь

2-187 33

этот процесс идет как ПЕРЕВОД кодового (знакового) «языка» одногобиополимера на «язык» другого, интерпретаторы здесь — первичнаяструктура нуклеиновых кислот на этапах транскрипции генетическогокода (ДНК -> информационная РНК -> транспортная РНК) и субкле-точная структура рибосомы на этапе трансляции (транспортныеРНК => иРНК => белок).

Эта мысль находит веское обоснование в речевых характеристи-ках ДНК и РНК, последовательности нуклеотидов которых подчиня-ются закону Ципфа, известному в структурной лингвистике [12]. Сдругой стороны, срабатывает и обратное: речевые компоненты (слова)в своем развитии следуют законам формальной генетики в сфере по-нятий Лингвистической Генетики [13].

Работа белок-синтезирующей машины — это пример веществен-ных отражательных (рече-подобных, семантических) функций орга-низма на внутриклеточном уровне. Выход на межклеточные и межтка-невые отображения (информационные каналы) сопровождаются скач-ком в новые, более высокие уровни — волновые (полевые, в духе Гур-вича). Триада Д, Р, К знаменует собой момент именно такого рассло-ения (дуализма, по Гурвичу) вещественной и волновой информации.Эта бифуркация знаковых носителей на вещество и поле чрезвычайноважна в гносеологическом плане для адекватного восприятия ра-боты генома высших биосистем. Теоретические работы в этом направлении отсутствуют. Этот пробел остается незаполненным со времен А. Г. Гурвича и А. А. Любищева [14, 15 ], предупреждавших о ту-пиковости чисто вещественного понимания гена.

На полевом уровне организменной интерпретации подвергаютсяуже колебательные состояния биополимеров и субклеточных структу|с помощью квази-разумных актов уровней Геном =>=> Цитоплаз-ма => Внеклеточный матрикс -> Биологически Активные Точки =>Нервная + Гуморальная системы. Возможно, интерпретация и адекват-ность (неискаженность) передачи информации между Д, Р, К обеспе-чивается наличием упомянутых выше быстро возникающих и исчеза-ющих изоморфных структур (тождественных архитектоник и нели-нейных динамик высших упаковок информационных гетерополиме-ров). Это отношение типа ТОЖДЕСТВА, т. е. верное взаимное ото-бражение между Д, Р, К связано сотношениями изоморфизма, которыеозначают тождество или приближение к нему структур или их частейВ пределе — это отображения абсолютно тождественных структур вы-сших укладок биополимеров в рамках одного типа топологий и абсо-лютно тождественного спектрального состава эпигенознаковых коле-баний Д, Р, К. Если придерживаться предлагаемого понимания изо-

34

морфизма автокорреляционных функций интенсивности светорассея-ния Д, Р> К, то нельзя исключить и противоположной точки зрения посравнению с ранее высказанной. А именно, что сигнал несут не изо-морфные состояния Д, Р, К, а гетероморфные. Изоморфизм, в такомслучае, будет означать отсутствие информации, покой.

Можно ли считать изоморфизм локальной структуры и динамикид, Р, К выражением математического подобия этих систем, в которыхтогда должно быть:

(1) взаимно-однозначное соответствие между качественно разно-родными элементами систем,

(2) взаимно-однозначное соответствие отношений между элемен-тами одной и другой системы.

Применима ли теория топосов к отношениям Д, Р, К если учиты-вать, что топосы — это система отображений, моделирующая выделе-ние любого индивидуального объекта с помощью отображения послед-него в так называемый терминальный объект? Во-вторых, надо учиты-вать, что топосы способны к образованию (с помощью отображений)теоретико-категорного произведения любых двух объектов и их ото-бражений в один и тот же третий объект.

В этом смысле теорема Делиня о когерентных топосах может ока-заться полезной.

Нельзя ли использовать для трактовки явления изоморфизма дляД, Р, К то обстоятельство, что теория топосов трактует с позиций фи-зики «.. в качестве исходных понятий не точки и свойства их при-надлежности интересующих нас классов множеств, а определенныеотображения, свойства которых характеризуются другой, болеепростой системой аксиом, и которые ... появляются операционногораздо раньше многих ..классов точек»? [7 ]. Нельзя ли трактовать сэтих позиций информационные свойства физических полей-перенос-чиков информационных потоков между Д, Р, К in vivo как отображе-ния их свойств, отображения с более простыми свойствами, чем самиотображаемые Д, Р, К? Теория топосов предпринимает попытку как-то учесть в своих логических построениях эту историю, генезис опера-ционального формирования точек реального физического (и биологи-ческого) пространства в современной науке.

Особое значение с позиции предполагаемой многоуровневой сис-темы голографико-подобных принципов волнового самоуправления вживых системах, элементом которого может являться изо- и гомомор-физм, приобретает известный в биологии принцип «опережающего от-ражения» [8 ].

Понятие опережающего отражения близко понятию предвидения

2* 35

головным мозгом, но опережение срабатывает и на других уровнях би-осистем, например,— в биохимизме, гормональной активности и др.реакциях организма, включая условные и безусловные рефлексы. Еслиточкой отсчета отражения является внешний мир как первичный поотношению к внутреннему, то точкой отсчета опережения с введениемконтекста времени становится сам организм [7 ]. Условием опереже-ния является предварительная синхронизация — совпадение по време-ни первых компонентов внутреннего и внешнего ряда, на основе кото-рого разворачивается вся остальная часть внутренней цепи, которая(как целостность) реализуется уже на фоне временного разрыва, безсовпадения во времени всех остальных компонентов внутреннего рядас внешними событиями. Иначе говоря, отразив (первый компонетвнешнего ряда), биосистема опережает, но теперь как бы уже в отрывеот отражения. Суть опережения заключается в том, что внутренняявременная структура организма развертывается быстрее, чем внеш-няя, и в этом смысле внутренний процесс «забегает вперед», оставиввнешний ряд развертываться в макромасштабах своего времени. Это иозначает разрыв между макропространством-временем и его органиче-ской микропространственной моделью, когда не субъект отражения вцелом оказывается в будущем, а только его специфические моделиру-ющие структуры, специализированные на функции опережения. Та-кой высшей структурой опережения стал в конечном счете мозг. Приэтом опережение базируется на ПАМЯТИ, а память головного мозгаимеет, как мы отмечали, голографические основы. В связи с этим важ-но знать: что отражает субъект отражения как целое? Функцию жеопережения могут брать на себя ОТДЕЛЬНЫЕ, ТОЧНО ФИКСИРО-ВАННЫЕ СУБСТРАТЫ [17 ]. Элементарным предшественником oпе-режающего отражения на голографической основе может являтьсяспособность этой основы к элементарной прекогниции событий. Так,доплеровская голограмма движущегося в 3-мерном пространстве объ-екта фиксирует информацию о его будущем пространственном поло-жении в коротком временном интервале [9 ]. Более того, реализованапространственно-временная голография, когда интерферограмма спо-собна различать «будущее» и «прошлое» в сигнале [10].

ЛИТЕРАТУРА

1. Гл. 1 наст. кн.2. Гл. 2 наст. кн.3. Turing A. M., Phil.Trans. R. Soc., 1952, (В), v. 237, p. 37-724. Harris А. К., Stopak D., Wagner P., J. Embr. Exp. Morphol., 1984, v. 80, p. 1-20.

36

5. Орлов В. В., в кн. «Философия пограничных проблем». Ученые зап., 1967, том185, Пермь, с. 5-83.

6. Nobill R., Phys. Rev. A:Gen. Phys., 1985, v. 32, N 6, p. 3618-3626.7. Ленинская теория отражения в свете развития науки и практики. 1981, Изд. На-

ука и искусство. София.8. Анохин П. К., Вопросы философии, 1962, т. 7, с. 104.9. Денисюк Ю. Н., в кн. «Оптическая голография с записью в 3-х мерных средах»,

1986, Ленинград. Наука.10. Саари П. М., Изв. АН СССР, 1986, т. 50, № 4, с. 751-756.11. Березин А. А., Анализ процесса формирования и распространения нервного им-

пульса с позиции теории солитонов в длинных линиях передачи., 1986, ВИНИТИ ДЕП№ 6852-В86.09.

12. Katsikas A. A., Nicolis J. S., Nuovo cimento, 1990, v. 12D, N 2, p. 177-195.13. Маковский M. M., Лингвистическая генетика., 1992, M., Наука. 189с.14. Гурвич А. Г., Теория биологического поля., 1944, М., Сов. наука.15. Любищев А. А., О природе наследственных факторов., 1925, Пермь.

ИЛЛЮСТРАЦИИ К ГЛАВЕ

Изоморфные автокорреляционные квази-повторяющиесяфункции при динамическом лазерном светорассеянии

на препаратах ДНК, рибосом и коллагена

Временные автокорреляционные функции (АКФ) зарегистриро-ваны на спектрометрах «MALVERN» двух типов при одном временидискретизации 2000 мксек/канал и других одинаковых условиях. Под-робно о методе спектроскопии корреляции фотонов и способах приго-товления препаратов — 2 часть глава 1.

Среди большого разнообразия АКФ указанных классов информа-ционных биополимеров выбраны практически идентичные (изоморф-ные) повторяющиеся и высоко-воспроизводимые АКФ, тождественныеили близкие по спектральной мощности (по Фурье-спектрам). Функ-ции регистрировали на большом периоде времени в 1985 г. и 1990—1991 г.г.

Характерен изоморфизм как в пределах одного класса (тип А),так и между классами (тип Б).

37

3839

4041

3. ВКЛАД ЭНДОГЕННЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙВ БИОМОРФОГЕНЕЗ. КАЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ

Выше была сформулирована гипотеза кодовой иерархии уровнейорганизации хромосомной ДНК и протеогликаноколлагеновых сетейвнеклеточных матриксов высших биосистем животного происхожде-ния. Основное в гипотезе заключается в том, что нелинейная динамикауказанных биоструктур in vivo не случайна, взаимокоррелирована, но-сит биознаковый характер и изоморфно взаимоотображает структур-но-функциональные состояния каждой из обменивающихся сигналамиструктур. Между ними в эпигенетическом режиме происходит обменинформацией по физическим каналам нелинейных акустических иэлектромагнитных колебаний. Определенное подтверждение этим иде-ям в формально-математическом и экспериментальном планах былонайдено в [65, 66 ]. В данной части работы выдвинутые положения раз-виваются по направлению анализа волновых состояний (полей) орга-низма и понимания биологического смысла этого явления как основыполевой самоорганизации живых систем в процессе эмбриогенеза.

В организме животных и человека представлен широкий спектрвибраций, начиная от эластических сверхмедленных колебаний (натя-жений) внеклеточно-матричных сетей, вовлекающих в этот процессклеточные стенки, и кончая когерентными колебаниями цитоскелета,мембран, белков и ДНК. Сюда же примыкают, оставаясь несколькоособняком, необычные колебательные процессы — автоволны и соли-тоны. Последние могут возникать в белках, ДНК, РНК, мембранах иструктурированной на биополимерах воде [1—3].

Существенно, что одна из моделей такого необычного поведениябиосистем — т. н. Давыдовские солитоны, описывающие возбуждение,делокализацию и движение электронов вдоль пептидных цепей белко-вых молекул в форме уединенных волн [71 ], дополняет известную мо-дель Фрелиха [67—70 ] о возможности высокополяризованного (лазе-

роподобного) состояния колеблющихся диполей макромолекул клет-ки, возникающих при Бозе-конденсации фононов электромагнитных ко-лебаний белков (10 1 2 -10 1 3 Гц), ДНК (109 Гц), мембран (0,5*1011 Гц)и цитоскелета (0,1 ГГц).

Тужински и др [4 ] доказали связь, взаимозависимость, взаимодо-полняемость этих двух казалось бы независимых теорий, в которыхРассматриваются две физические модели, объясняющие необычное по-

ведение биологических систем. Модели предложены Гербертом Фрели-хом и Александром Давыдовым. Давыдовский гамильтониан трансфор-

43

42

мирован в нормальные координаты, Фрелиховский гамильтониан ка-нонически трансформирован в эквивалентную форму в рамках апрок-симации Хартри-Фока. Авторы полагают, что модель Гамильтонианаспособна связать обе теории. Итоговый анализ работает только на одинтип вторичноквантованных операторов, которые описывают эффектыактивных биполярных вибрационных мод в биологических клетках,Когда учтено явление Бозе-конденсации фононов,— вариации поле-вой трансляции подчиняются уравнению Шредингера. Благодаря ис-пользованию серий Фурье и канонических трансформаций — проде-монстрирована связь между двумя сходными, но независимыми теори-ями Фрелиха и Давыдова. В границах используемых апроксимаций обемодели математически эквивалентны, поскольку они дают идентич-ные эффективные гамильтонианы. Кроме того, обе модели дополняютдруг друга физически. Бозе-конденсация вибрационных биомембран-ных мод соответствует распространению солитона волны поляризации.И наоборот: солитонный транспорт граничной энергии вдоль пептид-ной цепи сопровождается Бозе-конденсацией решеточных вибрацийбиоструктур.

Существование фундаментальных теорий Фрелиха и Давыдовапозволяет расширить и углубить некоторые моменты в обсуждаемойидее кодовой иерархии. Эти теории позволяют более обоснованнопредполагать наличие солитонных волн с эпигенетической нагрузкой,играющих посреднические функции в системе авторегуляторных отно-шений между такими информационными подсистемами как хромосом-ный континуум, цитоскелетный континуум, внеклеточно-матричныйконтинуум. Надо полагать, что эндогенные поля организма Фрелихов-ско-Давыдовского типа автоматически модулируются структурой био-системы и поэтому несут информацию о ее структурно-функциональ-ном состоянии. Этому есть определенные экспериментальные подтвер-ждения. Так, функционально важные агрегационные свойства эритро-цитов находятся под контролем когерентных эндогенных полей этихклеток [61 ].

Наличие когерентных форм информационно-полевых взаимодей-ствий в организме приводит к мысли об эндогенном автосканированиисамих себя биосистемами с помощью лазероподобных процессов голо-графической направленности, о тотальном внутреннем безинерцион-ном полевом автоконтроле метаболизма. Когерентность полей биоси-стемы неразрывна с их интерференцией и соответственно с голографи-рованием, если есть модуляции опорных излучений и среда записи, вкачестве которых могут выступать жидкокристаллические среды био-системы, включая структурированную воду. Отметим, что идея голо-

44

графирования в организме на уровне памяти коры головного мозга вы-сказана достаточно давно [72—77 ], затем обоснована теоретически иэкспериментально доказана [5, 78 ].

Главным механизмом коркового голографирования является уп-ругая волновая осцилляция (звук) мембран глиальных клеток в точ-ном соответствии с частотами электроэнцефалограмм, определяемымикросс-мембранными натрий-калиевыми потоками. Мембрано-глиаль-ные вибраторы представляют собой несколько сотен резонаторов, ле-жащих в объеме коры мозга. Волны такого звука описываются уравне-нием Шредингера. Дифракция опорных шредингеровских волн на оди-ночных фиксированных корковых голограммах реконструирует пред-метные волны в форме нейронной активности, отображающей исход-ную картину формирования образа при его первичном возникновении(зрительное или акустическое восприятие, формирование мысли и т. д.).

Эндогенное голографирование в коре мозга не исключение; ономногообразно и реализуется на разных уровнях биосистемы в рамкахпринципов изоморфных отображений.

Спонтанная интерференция акустических полей в биосубстратахдаже in vitro может рождать стоячую волну, основу голографирования.Кроме того, в тех же условиях было обнаружено их нелинейно-дина-мическое поведение солитонного типа [6, 7, 65, 66]. Особенно важното, что биосредами проявления указанных свойств послужили основ-ные геноинформационные структуры биосистем — ДНК, рибосомы иколлаген.

Теория квази-спонтанных нелинейно-динамических плотностныхколебаний таких биосубстратов дана в работе [7 ] как система уравне-ний, формализующих эксперименты по динамическому лазерномусветорассеянию на исследуемых биополимерах. Шесть из этих уравне-ний дают количественное описание флуктуаций показателя преломле-ния при плотностных колебаниях биогелей и дают возможность точно-го описания внешних сил (механических, полевых), действующих ес-тественным образом или искусственно на биогели.

Особенно можно отметить, что в работе [7 ] авторы не смогли никачественно, ни количественно объяснить такие нелинейные эффектыкак «хаотическое единство» различных мод колебаний биогелей и еговклад в величину временных автокорреляционных функций светорас-сеяния. Дело в том, что внешняя энергия, первоначально переданнаябиогелям в виде теплового движения и механических или иных воз-действий, расходуется на локальное возбуждение полимерных сетей иначинает перераспределяться во всех направлениях через различныемоды возбуждения. При этом не ясен сценарий перехода системы от

45

колебательного хаоса к упорядоченным волновым процессам. В следу-ющих главах будет дана версия физико-математического формализматаких эффектов как солитонных процессов в рамках явления возвратаФерми-Паста-Улама.

Можно допустить, что общим свойством биогелей in vitro-in vivоокажется способность передавать вдоль составляющих их полимерныхцепей гармонические или ангармонические колебания продольнымакустических мод. Такой энгармонизм для ДНК является выражениемсолитонных свойств и служит одновременно индикатором резонансно-го поглощения микроволн в диапазоне 1—12 Гц.

Так, Эдварде и др. продемонстрировали резонансное поглощениемикроволновой энергии водными растворами, содержащими спираль-ную ДНК известной длины. Они объяснили эти резонансы с помощьютеории, которая базируется на микроволновом возбуждении продоль-ных акустических мод. Но вместе с тем они установили, что наблюда-емые времена релаксации удивительно велики (200—300 псек) и необъяснимы с классических Дебаевских позиций, а потому непонятнотакое слабое затухание возбуждения в растворе. Это подтверждает,что акустическая волна может выступать как ангармоническое обеспе-чение солитонных эффектов и объяснять картину микроволнового по-глощения и эффект увеличения времени жизни возмущения [8 ].

Такой энгармонизм для гелей ДНК, но в низкочастотной области(десятки Герц), а также аномально долгое затухание колебаний — на-ми обнаружены экспериментально [65, 66] (см. также экспер. часть) .Эти данные ставят проблему объяснения тождественности поведенияДНК in vitro на разных уровнях ее организации — на уровнях одно-мерной цепочки и трехмерной структуры геля. И в том, и в другом слу-чаях мы видим гармонические и ангармонические слабо затухающиеколебания в Гигагерцовом и Герцовом диапазонах. Трактовка этогофеномена может лежать в сфере понятий фрактальности пространст-венной организации ДНК. Эта полимерная молекула представляет изсебя в растворах и гелях суперспирали разных порядков. Вероятно,фрактальность ДНК распространяется и на ее динамические свойства,на ее колебания в составе гелей в пространстве и времени. Именно по-этому мы наблюдали временную фрактальность ДНК в форме колеба-ний временных автокорреляционных функций ее светорассеяния (см..экспер. часть). Временная фрактальность обнаруживается в случаегармонических колебаний гелей ДНК в том, что синусоидальное коле-бание с фиксированным спектральным составом автокорреляционныхфункций светорассеяния реализуется в разных временных масштабах(временах дискретизации). То же свойственно и ангармоническим ко-

46

лебаниям. Преобразование частот колебаний мы видим в разных вре-менных дискретах.

Здесь проявляются нелинейные свойства биополимеров, свойст-ва, которые мало изучены, но чрезвычайно важны для волновой ин-формационной самоорганизации биосистем, особенно для посредниче-ских функций морфогенетических векторов, например,— на этапеядерно-матричных отношений. Последние осуществляются с помощьюцитоскелетных миофибрилл [1 ] и поэтому нелинейные свойства цито-скелета имеют высокую значимость. Такие особенности цитоскелет-ных компонент математически предсказаны для тубулина микротру-бочек, способных самофокусировать Фрелиховские когерентные элек-трические вибрации, генерируемые клетками [9 ]. Эта самофокусиров-ка может использоваться для формирования и функционированиямикрофиламетного аппарата клетки. Таким образом, теория и некото-рые эксперименты обнаруживают, что биополимерно-клеточно-ткане-вой уровни (в отношении волновых процессов) обладают и линейнымисвойствами (суперпозиция акустических колебаний в гелях биополи-меров и Шредингеровских мозговых волн), и нелинейными (солитонына ДНК, белках, мембранах; самофокусировка волн на цитоскелете).Эти свойства дополняют друг друга, находятся в тесном взаимодейст-вии в пространстве-времени биосистемы и зависят, вероятно, от рангаметаболических событий, помноженных на внешнюю полевую обста-новку.

Интересно, что эпителиальные клетки, для которых внешние вза-имодействия первостепенны, могут передавать специфические акусти-ческие колебания соседним клеткам только в том случае, если они неповреждены [10]. Этот факт находится в хорошем соответствии стем, что упорядоченные колебания биогелей, наблюдавшиеся в [6, 7,65, 66 ], переходят в хаотические, если полимеры деградированы.

В части [ 1 ] высказано предположение, основанное на исследова-ниях [11, 12], что эндогенная или привнесенная извне локальнаяструктурная нестабильность ДНК в хроматине (а она действительноможет реализоваться аналогично [6, 7, 65, 66]) порождает системувзаимно коррелированных ответов на более низких структурно-дина-мических уровнях ДНК и соответствующих им полевых отображенийс последующим их переносом на системы внеклеточных матриксов иДругие информационные эпигенетические структуры. РассмотримФрагмент из этих многоуровневых эпигенетических отношений:

47

Эти отношения могут протекать в нелинейном режиме волновыхинформационных процессов (солитоны, голографирование, самофоку-сировка, обращение волнового фронта). Просматривается некотораяаналогия между акустическими колебаниями в каждом из участниковданной системы и нелинейными эффектами в механических колеба-тельных моделях Ферми-Паста-Улама и Забуски-Крускал, описывае-мых уравнением Кортевега де Фриза (КДФ) [13 ]. Для каждой из ком-понент рассматриваемых эпигенетических связей в рамках приведен-ной триады проявления нелинейности, как показано выше, теоретиче-ски и экспериментально обоснованы, но возможны ли солитонные и(или) голографические коммуникации между ними? Начальное воз-буждение любой из компонент обсуждаемой триады порождает слож-ную иерархию колебательных мод, не сливающихся в общий беспоря-дочный хор, а приводит их к взаимодействию, взаимоперекачке энер-гии (и информации) между модами.

Как уже говорилось выше, запоминание жидкокристаллическимисредами биосистем полевых сигналов, в том числе интерференцион-ных, а следовательно и голографических,— вполне возможно. К при-

меру, большая часть всех получаемых в мире голограмм, записывает-ся на желатине, которая является модификацией коллагена, а кол-лаген — основа внеклеточных матриксов и соединительной ткани, со-ставляющей 2/3 от всей массы высших биосистем. Это же подтверж-дается и в другом ключе,— в автоинтерференции акустических коле-баний in vitro на биогелях [6, 7 ]. Такой подход к эпигенетической си-стеме внеклеточных матриксов дает возможность понять волновойуровень их морфогенетических функций, который выводит их трак-

товку фактически в другое измерение и отчуждается от чисто вещест-венных объяснений, заводящих в тупик [14—17].

Ранее [ 1 ] уже говорилось, что упругие натяжения в эмбриональном материале, играющие роль факторов его самоорганизации по [17 ],и матрично-клеточные натяжения (фактически сверхмедленные аку-стические колебания), фигурирующие в качестве векторов морфогене-

48

за организмов [14, 16 ], в цитируемых работах выдаются как стратеги-ческие информационные структуры. В действительности же эти фак-торы являются мелкомасштабными, тактическими задачами морфоге-неза, подчиненными стратегии волновой организации, диктуемой ге-номом. Эти сверхмедленные акустические колебания — часть подчи-ненных эпигенетических волновых процессов, входящих в иерархиюэпигенеза, и которые гораздо сложнее по своим пространственно-вре-менным характеристикам, чем представляется авторам [14—17]. Этоследует из дуализма ядерной ДНК, РНК в составе полирибосом и мат-ричных коллагенов, который отражает их свойство к бифуркации, т. еспособность работать на уровнях вещества и поля (см.главу по изомор-фным отображениям). Эти информационные биополимеры обменива-ются генетической и эпигенетической информацией по двум каналам:медленному химическому (тактика морфогенеза),— работа белок-синтезирующего аппарата, и быстрому физическому (стратегия мор-фогенеза),— волновое самоуправление организма с помощью эпиге-нознаковых волновых (полевых) взаимодействий на уровнях ядерных,цитоскелетных, матричных, клеточных, тканевых континуумов.

Морфогенез и целостность организма основаны в значительнойстепени на дальних нетьюринговских когерентных взаимодействиях,которые автоматически следуют из моделей Фрелиха-Давыдова. Еслиследовать их логике, то не будет преувеличением считать, что в био-системе идет процесс тотального Гетероволнового автосканирования(ТГА), которое обеспечивает своего рода ткане-клеточно-внеклеточ-ное «видение» самих себя в структуре акустических и электромагнит-ных полей, которые отображают биосистему, породившую их, вплотьдо «видения» (осознания) высших мыслительных функций в форме че-ловеческой речи.

Организменная голографическая ассоциативная память являетсяглавным элементом ТГА по типу оптических компьютеров с гологра-фической памятью [18 ]. Эта идея развивает и конкретизирует выска-занные ранее соображения о внеклеточно-матричной системе как ана-логе нейронной сети [1 ], системе, обладающей «разумностью», сход-ной с таковой цитоплазмы. Функционирование цитоплазмы клеток не-которыми исследователями понимается сейчас с позиции, близкой на-шим работам, а именно как квази-интеллектуальной машины, не ус-тупающей в этом смысле геному [19 ].

Функциональная совокупность матриксов, цитоплазмы и клеточ-ных ядер можно трактовать как один из уровней волновой информа-ционной системы организмов (МЦЯ-система), способной к простей-шим (до уровня коры головного мозга) и высшим (на уровне головного

49

мозга) мыслительным актам с использованием ассоциативной гологр-фической памяти.

Таким образом, гипотеза кодовой иерархии в биосистемах естест-венным образом трансформируется в представление об обмене, своегорода «метаболизме», тотальной Гетероволновой информации, кодиру-емой в амплитудно-фазовых соотношениях, которые являются резуль-татом модуляции эндогенных гетерополей на структуре организма.

При этом надо учитывать, что выделение МЦЯ — не только ло-гическая операция, необходимая для адекватного анализа «волновогометаболизма», но и вполне осуществимое экспериментальное действие[20, 21 ]. Как отмечалось, матричную работу в организме нельзя по-нять в отрыве от функций мембран клеточных стенок, тем более, чтопредполагаемый обмен волновой информации в форме солитонов безучастия мембран маловероятен, поскольку сами биомембраны могутбыть носителями солитонов [3 ].

МЦЯ-система, в свою очередь,разделяется логически и экспериментально на подсистемы [45, 46 ], которые также отражают иерархиюбиополевых процессов по их значимости. Каждая подсистема форми-рует свой каталог волновых структур, с которыми она работает. При-ближенно это можно представить следующим образом.

Выделенные уровни в достаточной степени условны, посколькуэкспериментальных работ в таком направлении пока нет. Схема при-звана пояснить предлагаемые логические конструкции. Тем не менее,такой ход мысли позволит в дальнейшем наполнить конкретным со-держанием известную концепцию Дриша [22], что судьба каждойклетки в эмбрионе зависит от ее положения относительно всего разви-вающегося организма. Модификацией этой идеи является теория по-зиционной информации Вольперта [23 ], который также пытался объ-яснить цитодифференцировку, исходя из пространственного положе-ния клетки в развивающемся или взрослом организме; положениеклетки относительно других определяет спектр веществ-морфогенов,вырабатываемых данной клеткой и направляющих ее развитие и раз-витие соседних клеток в ту или иную ткань. Диффузия таких морфо-генов между клетками математически описана Тьюрингом в виде тео-рии диссипативных структур [24 ].

Однако, реальная диффузия каких бы то ни было клеточных ве-ществ, кандидатов на морфогены (а что такое морфогены — до сих порнеясно (см. [1]),— мелкомасштабна, медленна, ограничена низкомо-лекулярными фракциями и поэтому неспособна объяснить быстрые,крупноразмерные миграции морфогенетических сигналов [14].

Понимание стратегических процессов морфогенеза как волновогосамоуправления дают и другие гипотезы,предшествующие идее ТГА.Предполагается существование акустических сигналов в эмбрионах.Сигналы различаются по частоте и выполняют регуляторные функции[25 ]. Из экспериментальных работ в этой области интересны данныепо обнаружению дальнодействующих сигналов-поляризаторов в глазуэмбриона лягушки без прямых клеточных контактов [26 ]. На эмбри-оне лягушки было также доказано существование несущего морфоге-нетическую информацию быстрого сигнала, распространяющегося повсей компетентной ткани [27 ]. Приведенные волновые гипотезы и экс-периментальные предшественники ТГА находятся, видимо, в прямойсвязи с хорошо известным фактом динамики поверхностных акустиче-ских волн в эмбрионах на стадиях раннего дробления [28 ].

В какой-то мере этот экспериментальный материал согласуется спредставлениями о гипотетическом биологическом поле — организа-

торе морфогенеза, о едином электромагнитном континууме, управля-ющем клеточными перестройками [29—31 ], но конкретные механиз-мы биологического, генетического функционирования полей в этих ра-ботах не рассматриваются.

Некоторым исключением из этого ограничения видятся упоми-навшиеся работы по структуре матрично-межклеточных упругих на-

5150

тяжений, формирующих эмбрион [14—17 ]. Однако, за пределами этихработ осталось главное — геном. Эмбриологи практически не берут eгов расчет, поскольку известный генетический код не содержит инфор-мации о пространственно-временной структуре биосистем. В следую-щих главах это будет рассмотрено специально. Вне поля зрения работ[14—17 ] и аналогичных исследований осталось и другое существенноеобстоятельство, а именно превращение Внешнего по отношению кклеткам и тканям — механических натяжений — во Внутреннее, сущ-ностное. И это Внутреннее — клеточный и тканевой метаболизм, фун-кцией которого, собственно, и являются упругие натяжения; т. е. фак-тически,— сверхнизкочастотная эпигенознаковая акустика. Заметим,что здесь, конечно, работает и обратная связь: рассматриваемая акустика влияет и на клеточно-тканевой метаболизм.

Идея ТГА более свободна от этих противоречий, рассматривая ге-тероволновые поля, проходящие во всех направлениях и по всей толщеорганизма, поля, модулируемые биосистемой и собирающие информа-цию о ее состоянии. Это не следует понимать упрощенно, что каждаяклетка «знает» о каждой «все» и в любой момент времени, но какое-топриближение к такому идеальному состоянию в здоровом организмеимеется как интеграл вкладов нервной, гуморальной и полевой системсамооценки организма.

Довольно близко к идеям ТГА подошли в работах [32—34 ], но гено-голографический аспект в них отсутствует. Достоинство их в том,что четко продемонстрированы противоречия современной молекуляр-ной биологии, генетики и эмбриологии, неспособность этих областейзнания объяснить дальнодействующие, быстрые морфогенетическиесигналы, неспособность объяснить кодирование организма последова-тельностью нуклеотидов ДНК. Высказываются мысли близкие, но от-личные от версии ТГА, и вводится понятие «гетероволновой оптики» вбиосистемах, модифицированное в принципах ТГА как «гетероволно-вое автосканирование».

Теоретические проработки [32—34 ] согласуются с более раннимиисследованиями [35—38], в которых сделана попытка найти новыепринципы работы генома и объяснить один из главных парадоксов мо-лекулярной биологии — т. н. «C-value paradox» [39 ], заключающийсяв том, что отсутствует прямая корреляция между сложностью организ-ма и содержанием ДНК в его клетках. Другая сторона этого пара-докса — в огромной «избыточности» ДНК: только около 1 % от всегообъема генетического материала содержит белок-кодирующие после-довательности нуклеотидов. Вся остальная масса генома занята т. н.

52

мусорной» или «эгоистической» ДНК, которая воспроизводит самоюсебя, но функции которой не известны.

Все эти противоречия и парадоксы, по мнению авторов [32—34 ],решает концепция структурогенеза (морфогенеза), центральная фигу-ра которой — гетерооптика волновых процессов организма, нацелен-ных на «избыточную» ДНК. Постулируемый структурогенез простран-ственных форм организма, коррелятом которого выступают структуро-ренные особенности высших пространственных укладок ДНК в хрома-тине клеточного ядра, определяется гипотетическими клеточными хи-мическими автоволнами (полем). Эти автоволны должны иметь гипер-звуковые скорости, чтобы обеспечить электрострикционные сжатияядерной оболочки, которая вследствие этого генерирует уже другие(акустические) поля — отсюда идея гетероволн. Акустические колеба-ния фокусируются на участках хромосом, вызывая выпетливаниястрого определенных последовательностей ДНК как субстрата РНК-полимеразы. Фокусировка акустических полей на хроматин, т. е. егодифференциальная активация, производится изменением кривизныоболочки клеточного ядра, действующей как линза. Самосборка хро-матина после завершения РНК-полимеразной реакции приводит к об-разованию палиндромных «шпилек» ДНК, которые модифицируютпространственную укладку нуклеопротеида в ядре. Поэтому в следу-ющих актах фокусировки звука на хроматин экспонируются другиеучастки хромосом с активацией других генов.

Таким образом, с одной стороны, ядерно-мембранный звук несеткакую-то информацию, поскольку в каждой клетке свой химико-авто-волновой процесс, «записывающий» ее состояние, а затем перекодиру-емый в знаковое акустическое поле ядерной оболочки. С другой — ме-няющаяся раз от раза укладка ДНК подставляет под мембранный звуквсе новые гены. Эти два динамичных акта и дают основной вклад вструктурогенную информацию.

Слабости таких теоретических построений очевидны. Фокусиров-ка звука здесь зависит от кривизны ядерной оболочки, а сама эта кри-визна определяется множеством факторов, которые не учитываются.Видимость решения проблемы морфогенеза достигается путем сведе-ния одной трудности (дифференциальная активация генома) к другой(дифференциальное изменение кривизны оболочки клеточного ядра),также не решенной. Более того, по дифференциальной активации ге-нов написано множество работ, начиная с основополагающей работыЖакоба и Моно [79 ], но ни одна из них не ответила на основной ВОП-РОС генетики и эмбриологии: как закодировано пространство-время ор-

ганизма в хромосомах?

53

Тем не менее, в концепции структурогенеза есть очень сильнаясторона, заключающаяся в самой постановке проблемы, постановке,выводящей принципы кодирования генома в иную плоскость, в идео-логию волнового моделирования структуры организма и проецирова-ния этой модели на геном каждой клетки. Пожалуй, вслед за А. Г. Гур-вичем с его идеей биополя хромосом, воззрения А. Н. Барбараша в ихпостановочной части являются крупным событием.

Развивая идеологию волнового моделирования биосистемы, ТГА-гипотеза включает положительные моменты структурогенеза, но приэтом не нуждается в гипотетических автоволнах и ядерной «линзе,т. к. учитывает реально существующие волновые процессы в тканяхживых систем и фундаментальные законы их взаимодействия — ин-терференцию и дифракцию на голографических решетках с реконст-рукцией волновой структурно-функциональной модели организма.Такая динамичная полевая автомодель организма как самого себя, са-мотождественность в каждый момент времени его жизни есть «само-познание», авторегуляция биосистемы.

Важной позицией является то, что ТГА-гипотеза не предполагаетжесткой замкнутости эндогенного полевого континуума (модели opга-низма) на себя. Это открытая система, информационно взаимодейст-вующая с внешними по отношению к биосистеме электромагнитнымии акустическими полями. Известные и развитые формы этого взаимо-действия — зрение и слух. Менее известные (в смысле знания меха-низмов), но биологически значимые — точки акупунктуры (см. главуоб этом). Экзогенные поля «усваиваются» организмом и входят в кру-говорот волнового информационного «метаболизма», что хорошо cooт-ветствует работе [56 ] и дополняет ее. Появляется теоретико-методо-логическая база для понимания информационной трансформациивнешних, в том числе и космических, излучений во внутреннее, opганизменное. И это естественно, точно также как усвоение светового по-ля при фотосинтезе. Кроме того, имеются и экспериментальные сви-детельства правильности предлагаемых рассуждений [63, 64 ].

При таком широком рассмотрении взаимодействия полей с биоси-стемой вполне естественен вопрос: нет ли принципиальных ограниче-ний физической или иной природы, исключающих универсальностьэндогенных голографических процессов и ограничивающих область ихфункционирования лишь корой головного мозга? В этом плане логичнопривести конкретные данные технического толка в качестве ответов наследующие возможные возражения. Когерентные колебания в живыхклетках, по Фрелиху, происходят в особых, чрезвычайных энергетико-метаболических состояниях коллективных возбуждений ансамблей би-

СИ

осубстратных диполей; эти возбуждения не всегда достижимы и в силуэтого для биоголографирования (помимо коры мозга) возникают коли-чественные ограничения. Нельзя не помнить и о том, что биосистемыв микро и макромасштабах динамичны, статика их относительна, а го-лограммы способны отображать именно статику с помощью стационар-ных полей. Далее, способны ли субстраты Живого, кроме глиальныхмембран коры мозга, запоминать структуру интерферограммы? И на-конец, для восстановления голографического образа нужен опорныйволновой фронт; всегда ли он возможен в биосистемах? И как сохра-нить сигнал удаленного от «наблюдателя» тканевого или клеточногообъекта, если сигнал проходит через сильно рассеивающую поля тол-щу организма?

Сейчас точных ответов нет, биоголография только зарождается.Необходим предварительный анализ возможных путей решения этихпроблем на основе опережающих аналогий технического плана.

Организму не обязательно решать голографические проблемытолько с помощью когерентных полей. Интерферограммы могут воз-никать и в некогерентных, и в безопорных режимах записи и восста-новления полей, а также накапливать полезные сигналы, проходящиечерез нестационарные рассеивающие среды [40—44 ]. Точное технико-голографическое понятие опорного и объектного полей для биосисте-мы, вероятно, не применимо. В чистом виде опорные поля в простран-стве организма представить себе довольно трудно. Иное дело,— ду-мать, что они возможны в относительно малых макропространствен-но-временных дискретах, что и будет дано в форме физико-математи-ческого формализма ниже.

Голографические принципы самоорганизации применительно кбиосистемам позволяют объяснить в терминах нелинейной физикиэлектромагнитных и акустических излучений некоторые фундамен-тальные явления клеточного метаболизма, которые до сих пор не по-нятны. Молекулярная биология и биофизика не располагает хотя быприближенным знанием того как в пересеченном, нелинейном, дина-мичном, жидкокристаллическом пространстве клеток и тканей, напол-ненном электромагнитными и акустическими полями, происходит по-разительно точное взаимоузнавание между кодоном мРНК и антико-доном тРНК. Этим макромолекулам надо преодолеть огромные и труд-

ные расстояния перед тем как встретиться на очень коротком для даль-него взаимоузнавания ангстремном расстоянии водородных связей. Это

общая неразрешенная проблема дальних координации макромолеку-лярных и надмолекулярных движений в пространстве клетки-ткани,

где именно голографические и солитонные поля дают необходимую

55

«волновую матрицу» и парольные механизмы семантико-синтаксиче-ских взаимоузнаваний высокорганизованных биосубстратов в про-странстве-времени организма (подробнее об этом в эксп. части).

Еще одна фундаментальная особенность голографии, экстраполи-рованная на биосистему, дает большую ясность в понимании вол новыхмеханизмов «самоанализа» биосистемы. Так, открытый Денисюком«принцип относительности в голографии» (доплеровская голография)выявил способность интерферограмм, записывающих движущиеся втрехмерном пространстве объекты, как бы предсказывать их простран-ственное положение в будущем. Если доплеровская голограмма фор-мируется волной, отраженной от движущегося объекта, то обращеннаятакой голограммой волна, идя обратным ходом, фокусируется не насам объект, а несколько впереди его. При этом существенно, что точкафокусировки обращенной волны является в этом случае именно тойточкой, в которую переместится объект за время, пока обращеннаяволна распространится от голограммы до этого объекта [47 ]. Нет оснований считать, что принцип относительности в голографии не приме-ним к биосистеме, если сама голография уже используется организмомв мозговой памяти [5, 78 ]. Он может являться элементом оценки ди-намики метаболических процессов и «слежения» за движущимисявнутриклеточными структурами и за крупномасштабной динамикойморфогенетических тканевых перестроек. Доплеровская система эндо-генного «контроля» дает способ элементарной прекогниции метаболи-ческих событий. С этим перекликается другое, (близкое описывае-мым) свойство голограмм. Доказано, что с голограмм возможно считы-вание сигнальных импульсов с обращенной временной и пространст-венной структурой [48 ]. В этой работе продемонстрировано, что пор-фириновые компоненты таких важнейших биомолекул как гемоглобини хлорофилл в полистирольной матрице могут голографически запи-сывать разнесенные во времени лазерные импульсы. При считываниивоспроизводится как относительная задержка, так и временная формазаписанного сигнала.

Таким образом, в принципиальном плане можно представить ужене только внутреннее динамическое пространственное «самоотслеживание» биосистемой самой себя, но и аналогичный контроль за структурой собственного времени с анализом коротких временных отрезков, направленных как в прошлое, так и в «будущее».

Работа [48 ] примечательна не только потому, что затрагиваетвременные стороны голографирования, но и как пример, что средойпамяти такого рода могут служить ключевые биомолекулы живых си-стем. И это не случайно. Фотосинтез (хлорофилл) и дыхание (гемог-

56

лобин) — первоистоки Жизни на земле, а структура времени для би-осистем так же важна для них, как структура собственного простран-ства, и контроль за ними мог осуществлять фундаментальный волно-вой принцип интерференции и дифракции.

Порфирины — не единственный бионоситель голографической па-мяти. Аналогично работает сложный фоточувствительный белок мик-робных клеток бактериородопсин [49 ].

Следующим важнейшим бионосителем голографической инфор-мации является производное коллагена — желатина. Этот субстрат с1968 года стал классическим объектом для изучения механизмов фор-мирования амплитудных и амплитудно-фазовых голографических ре-шеток в различных диапазонах электромагнитных полей [50]. Ис-пользование производных коллагена подтверждает обсуждавшуюсявыше мысль о том, что система внеклеточных матриксов, структурно-функциональной основой которых является коллаген, работает с ис-пользованием собственной памяти на интерферирующие поля и (или)способны к синтезу эпигенознаковых дифракционных решеток типаголограмм без участия интерферирующих полей.

Не исключено, что в клетках и тканях используется тепловой ди-апазон эндогенных полей для автосканирования и записи. В этомсмысле интересна работа [51 ], в которой для записи на желатине ис-пользовали инфракрасный СО2 лазер (длина волны 10,6 мкм), кото-рый вызывает в ней локальные необратимые конформационные пере-ходы типа спираль-клубок, связанные со структурными состояниямигидратационной воды. Возможно, это некое приближение к тому, чтопроисходит в биосистеме и как-то коррелирует с упоминавшимися ра-ботами [6, 7 ], в которых обнаружено, что гели коллагена обладаютспособностью к аномально долгому затуханию собственных макрокон-формационных колебаний, что нами подтверждено и развито в теоре-тическом плане (см. ниже). Это связано, повидимому, с солитонообра-зованием в форме явления возврата Ферми-Паста-Улама и характерноДля других информационных биополимеров. Свойство малой затухае-мости колебаний коллагена находит довольно неожиданное подтверж-дение в работе [52 ]. Авторы ее зафиксировали необъясненное ими яв-ление генерации переменных электрических волн костной тканью да-же тогда, когда она взята у мертвого животного спустя много часов по-сле смерти. Заманчиво объяснить этот феномен колебаниями коллаге-новых фибрилл в составе костной ткани и генерацией ими полей засчет своих электретных свойств, известных для коллагена [30]. Еслиэто правильно, получает объяснение еще один необычный факт [14].Если пленки-подложки из коллагена, используемые как искусствен-

57

ный внеклеточный матрикс при выращивании на них культуры фиб-робластов, укалывать иглой, то после этого начинаются упорядочен-ные движения фибробластов. Они собираются в четкие ритмическиепаттерны, причины возникновения которых авторам [14] не ясны. Издесь можно проследить явление того же порядка, что и в случае гене-рирующей поля изолированной костной ткани. В обоих случаях имеютместо квази-спонтанные колебания гелей коллагена, порождающиеакустические и электрические поля, которые дополнительно возбуж-даются уколом во втором случае. Система коллаген-фибробластыпредставляется элементарной моделью матрично-клеточных морфоге-нетических отношений, обсуждаемых в [1 ], когда запускаются меха-низмы клеточно-тканевых движений по программам динамичной сис-темы «клетки — внеклеточный матрикс» с жидкокристаллическимикомпонентами, способными помнить голографические решетки [53].

Теоретически — информационная емкость таких решеток даже вдвумерном варианте при записи электромагнитных колебаний огром-на, т. к. они несут восьмимерную информацию [54 ].

Объем голографической памяти в биосистеме (помимо мозга) мо-жет быть еще большим за счет записи в трех мерной жидкокристалли-ческой среде т. н. мультиплексных голограмм [55 ], когда меняются от-ношения интенсивности опорного и объектного пучков и меняются yг-лы между ними, что естественно предположить в мобильной среде ор-ганизма.

Расшифровка механизмов быстрой и безинерционной передачибольших массивов волновой информации в биосистеме позволяет по-иному взглянуть на проблемы онкологии. Приведенная выше концеп-ция структурогенеза [32—34 ] трактует неоплазии как следствие рас-согласования между пространственной структурой генома и гипотети-ческим гиперзвуковым автоволновым полем организма, подменяя имсовокупность реальных эндогенных полей. Но в этой мысли есть поло-жительный момент: отмечено возможное нарушение связей в системе«эндогенные поля — геном».

Действительно, трудно иначе объяснить известные эксперименты[57, 58 ] по индукции опухолей имплантированными в ткань шлифо-ванными (отражающими волны) инородными материалами. Шepoxо-ватые инородные предметы вызывают опухоли в 12% случаев по cpaв-нению с 49% зеркальных того же состава [59]. При этом переродив-шиеся клетки, дающие клоны опухолевых, возникают в соединитель-нотканной капсуле, окружающей инородное тело, или редко — за пре-делами капсулы, но они никогда не обнаруживаются в монослое кле-ток, лежащих непосредственно на инородном теле [57, 58 ]. Основыва-

58

ясь на идеях структурогенеза, в работе [32 ] полагают, что индуциро-ванные неоплазии происходят в пучностях стоячих волн, возникаю-щих при отражении гипотетического волнового поля.

Данная картина будет более убедительной, если заменить предпо-лагаемое автоволновое поле реально существующими в организме, длякоторых отражающие их инородные тела являются шумовыми поме-хами в передаче волновой информации по голографическим и солитон-ным механизмам.

В качестве относительно простого живого клеточного объекта, накотором можно было бы проводить исследования по механизмам эндо-генной голографии, могли бы послужить эритроциты и их мембранныетени. Они уже используются как простейшие биосистемы, в которыхобнаружены Фрелиховские когерентные осцилляции по резонансномупоглощению микроволн в районе 35—40 ГГц [60 ] и сверхдальние ко-герентные взаимодействия при агрегации [61 ].

Если говорить о работах в этом ключе с информационными био-полимерами in vitro, то это прежде всего ДНК. Уже получены первыерезультаты по индуцированным на ДНК солитонным состояниям с по-мощью микроволн [62 ], включая наши результаты относительно не-линейной динамики этого ключевого биополимера [65, 66 ] (см. эксп.часть).

59

60 61

4. ВКЛАД ЭНДОГЕННЫХ ФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙВ БИОМОРФОГЕНЕЗ. КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ

За последние десятилетия в биологии получены результаты, кото-рые не находят разумного объяснения. Устоявшиеся положения под-вергаются сомнению, обнаруживаются явления, которые никак невписываются в рамки привычных представлений.

Считалось, что геном — это наиболее стабильная структура орга-низма, устойчивая именно потому, что обеспечивает наследованиепризнаков родителей у потомства. Оказалось, что эта стабильностьудивительным образом сочетана с непостоянством [41 ]. Геном подви-жен на всех уровнях, начиная от определенных последовательностейДНК (мобильные диспергированные гены и другие динамичные участ-ки полинуклеотида), вторичной структуры ДНК (взаимопереходы А-,В-, Z-, V-» U-форм), а также предрасплетенная ее форма [5], кончаявысшими жидкокристаллическими и другими лабильными топология-ми ДНК в составе хромосом [58, 63 ]. Упразднена догма необратимогосчитывания информации ДНК => РНК -> БЕЛОК: транскрипция идетне только с ДНК на РНК, но и в обратном направлении. Поколебаласьи другая истина — не только белки являются ферментами, но и РНК(автокатализ рибозимов). Не существует убедительного объяснениятому факту, что большая часть ДНК в геноме высших биосистем (до95—98%) не содержит генов и является как бы «эгоистической», т.е.воспроизводящей самою себя, но не играющей какой-то другой роли.По крайней мере, сейчас нет определенных данных о точной роли эго-истической» ДНК [44 ].

Серию этих неудобных фактов завершают данные о хромосомнойДНК как о биолазере с перестраиваемыми длинами волн излучаемыхполей (300—800 нм) [59], что подтверждает активно оспариваемыетеоретические положения о когерентных состояниях в биосистемах[54 ] и скептически оцениваемые ранее представления о полях — ор-ганизаторах эмбриогенеза [17 ]. Это один ряд явлений, как бы не свя-занных между собой и не поддающихся осмыслению с позиции какой-то целостной концепции.

Построим второй ряд экспериментальных фактов и теоретическихисследований, который на поверхностный взгляд плохо сопоставляетсяс первым. Это прежде всего не нашедшие до сих пор какой-либо трак-товки эксперименты по так называемому «фантомному листовому эф-фекту» [50 ]. Он проявляется в том, что живой лист, если от него от-резать часть, в определенных электрических полях генерирует види-

62

мое глазом и фиксируемое фотопленкой фантомное изображение -точную копию отрезанной части. Затем, сюда же относится теоретиче-

ская работа [66 ], в которой математическим методом артефакта дока-зывается, что генетический немитохондриальный код эукариот обла-дает мощными групповыми симметриями, указывающими на несвой-ственную геному искусственную (экзобиологическую) интеллектуаль-ную семантическую нагрузку. В теоретической работе [5 ] по структу-рированной воде в биосистемах и ее фрактальному росту показано, чтольдоподобная «вода», взаимодействующая с биополимерами типаДНК, РНК, коллагена, фосфолипидов, образует непрерывные струк-туры, которые по топологии, метрике и симметрии полностью тожде-ственны этим полимерам. Например, «вода» в виде деспирационныхмодулей («модуль Бульенкова») по определенным алгоритмам можетвыстраиваться в спиральные ленты — точные копии А-, В-, Z-, С-форм ДНК и в дополнительную, ранее неизвестную, предрасплетен-ную форму ДНК. Такие водные копии ДНК и мРНК также способнык фрактальному росту, т. е. к повторению самих себя во все увеличи-вающихся масштабах. Ниже мы покажем высокую потенциальнуюважность такой фрактальности для самоорганизации биосистемы.

Имеется ли какая-либо функциональная связь между первым ивторым рядами описываемых явлений применительно к высшим био-системам?

В очень малой степени мы уже пытались ответить на этот вопрос[12, 13]. В настоящей работе эти идеи развиваются в части солитон-но-голографической парадигмы, которая в какой-то степени сводит дваряда перечисленных явлений в единую взаимосогласованную системупутем решения главного противоречия биологии. Это противоречие, отеоретической трудности которого писали с конца прошлого века [см.обзор 14], заключается в несопоставимости «начала» и «конца», т. е.Гена и Признака, по крайней мере,— для высших биосистем. Триви-альное утверждение, что хромосомы содержат информацию о потен-циальном организме, за внешней легкостью объяснения прячет нере-шенные и большие проблемы. Рассуждая так, обычно имеют в виду,что генетический нуклеотидный код хромосомной ДНК содержит«всю» информацию о будущем организме, развивающемся из яйцек-летки по исчерпывающей программе этого и только этого кода. Здесьнезаметно отрицается очевидное, что значащие последовательностинуклеотидов ДНК (гены) явно кодируют только последовательностиаминокислот в белках. Регуляторные последовательности, которые то-же называют генами, лишь аранжируют работу генетического кода.Можно ли на этом основании считать, что в последовательности нук-

63

леотидов нет информации о макроструктуре многоклеточного орга-низма?

Однозначное «нет» было бы ошибкой, хотя бы потому, что коди-руемые генами последовательности аминокислот автоматически свора-чиваются (самоорганизуются) в трехмерные белковые структуры засчет гидрофобных и других взаимодействий пептидных цепей. Следо-вательно, в неявном виде информация о пространственной структуребелков в генетическом коде имеется. Неявная информация генов paс-пространяется и дальше: белки, как известно, могут самособиратьсяуже в субклеточные структуры (микротрубочки, цитоскелет и др.), апри взаимодействии с полинуклеотидами — в рибосомы, полисомы,хромосомы; при взаимодействии с липидами — в мембраны, эндоплаз-матический ретикулум. И, наконец, самособираются даже вирусы ибактериофаги. Так может быть, такой неявной или параметрической[2 ] информации последовательностей ДНК достаточно, чтобы объяс-нить макроструктуру высших биосистем?

Нет, недостаточно. Есть предел, за которым параметрическиемикроморфогенезы не работают. Такая самоорганизация никогда неприводит к сборке хотя бы единичных клеток, тем более многоклеточ-ных организмов.

Макроструктура высших биосистем предполагает некий скачок вкодирующих способностях генома от одномерных линейных генов кмногомерным и нелинейным супергенам и тем самым выход из плоско-го мышления формальной генетики. Неприятие этого перехода -скачка — порождало и порождает кризисное состояние генетики, эм-бриологии и биологии в целом как типичное следствие редукционист-ского мышления, когда Целый организм сводится к его Частям — ге-нам. Но совокупность генов способна породить только совокупностьбелков, в лучшем случае, конгломерат клеточных субструктур и виру-сов, которые отнюдь не являются целостными организмами.

Вместе с тем, давно доказано, что первичная информация о по-строении многоклеточного организма (как целого) существует и онанаходится не где-нибудь, а в хромосомах. Складывается порочныйкруп хромосомы кодируют структуру организма, но известный гене-тический код всю структуру биосистемы не отображает. Положениееще более осложняется хорошо известными в генетике фактами, каза-лось бы, противоположного свойства, когда мутация по какому-то еди-ничному гену, например tuh-3 Dr. melanogaster в присутствии аллель-ных генов tuh-ln или tuh-l g вызывает превращение антенны на головемухи в ногу, глаза в антенну, а также замещение антенны гениталь-ными структурами [57 ].

64

Из этих данных, вроде бы, прямо следует, что ген tuh-З опреде-ляет морфогенез сложных и массивных частей тела насекомого. Какэто осуществляет tuh-З и что он из себя представляет, как «сверткапространства организма»,— совершенно неясно. Очевидно другое: ка-кому-то фрагменту хромосомы Dr.melanogaster присваивают званиегена, ответственного за данные морфогенезы, но из цитируемой рабо-ты и аналогичных исследований никак не следует, что семантика слова«ген» ясна, и что генетический код описываемых морфогенезов одно-мерен и линеен.

Где выход из этих противоречий?В работе [17] выражена мысль о том, что нагрузка на гены (как

векторы морфогенеза) слишком велика, и предложена компенсирую-щая идея полевых (или биополевых) функций хромосом. Несмотря насвою умозрительность, предлагаемая модель позволила стратегическиправильно ориентировать экспериментальную работу.

Если принять идею хромосомного поля-организатора эмбриональ-ного морфогенеза, то, опираясь на нее, мы должны «..пытаться при-менить дуалистическую схему», а это означает, что мы a priori допу-скаем кодирование пространства-времени организма на уровнях Веще-ства и Поля. По-видимому, такой подход позволяет найти выход из по-рочного круга общепринятых в настоящее время чисто вещественныхгенетических свойств ДНК. Но каким образом ДНК, будучи вещест-вом, может экспрессировать наследуемые признаки, скажем — геомет-рического характера, с помощью поля? Например, как в этом смысленаследуются форма и размеры листьев различных видов растений? По-ставив вопрос так конкретно, мы вплотную подошли к супергенетиче-ской, полевой трактовке упоминавшихся выше экспериментов по«фантомному листовому эффекту» — ключевому факту в обоснованииголографической памяти хромосом и всех последующих взаимосогла-сованных объяснений парадоксов и непонятных явлений в биосисте-мах. Однако,прежде чем развивать теорию фантомного эффекта, мыпроделали экспериментальную работу [13], в которой убедились, чтотакой эффект действительно существует, и его можно воспроизводитькак в искусственных электрических высоковольтных, высокочастот-ных полях, так и в естественных полях сверхслабого излучения расте-ний.

Нам представляется, что объяснить фантомообразование у расте-ний, а также у людей (так называемые фантомные боли утраченныхнечностей), без привлечения принципов голографии, по-видимому,

невозможно. Но если голографическая память коры головного мозгаитенсивно изучается [60, 61 ], то фантомная память у растений, ко-

3-187 65

торая тоже является по сути ассоциативно-голографической, нуждает-ся в объяснении. Найденный физико-математический формализм по-левого восстановления образа утраченной части зеленого листа будетдан ниже в рамках понятий 4-волнового смешения и явления возвратаФерми-Паста-Улама. Здесь же мы проведем теоретико-биологическийанализ ассоциативно-голографической памяти генома многоклеточ-ных, которая обеспечивает строительство пространства-времени paз-вивающейся биосистемы.

В случае фантомного эффекта у растений, оставшаяся большаячать листовой пластинки «помнит» утраченную часть и восстанавли-вает ее при определенных условиях в форме полевого фантома. Внеш-нее сходство этого явления с памятью голограмм, известных в техни-ческом исполнении, очевидно: любая часть голограммы, но не мень-шая чем длины волн записывающих полей, способна восстановить пол-ный полевой эквивалент зафиксированного на ней изображения объ-екта. Однако, полностью отождествить лист растения и голограммубыло бы неверно хотя бы потому, что субстрат записи в биосистеме, аэто хромосомы, уникален, неповторим, динамичен. Этот момент коди-рования пространственно-временной динамики развивающейся илиотносительно стабильной биосистемы особенно труден для анализа.

Первичным субстратом голографического кода потенциальногоорганизма обязаны быть именно хромосомы, в том числе и в случаефантомообразования у растений, поскольку листовые фантомы ото-бражают жестко наследуемую часть пространства организма — формулиста. Это — информация высокой ценности; и первичный источникее — совокупный хромосомный материал оставшейся неповрежденнойчасти листовой пластинки. В данной ситуации фантом играет рольпространственной схемы потенциальной (но не обязательной) регене-рации поврежденного листа до целого, т. е. это план постэмбрионального морфогенеза. Вероятно, аналогичные полевые схемы регенерацииобразуются при восстановлении утраченных частей тела и у таких жи-вотных, как ящерицы (хвост), крабы (клешни), тритоны (лапки), пла-нарии (любые достаточно большие фрагменты тела), а также у чело-века (печень). Во всех приведенных примерах виден дуализм генети-ческого материала: наследственные свойства проявляются двуедино: ина уровне Вещества (генетический, линейный одномерный код ДНК),и на уровне Вещества-Поля одновременно (хромосомы как носителиголографических решеток,— многомерных нелинейных суперкодов).Голографические коды могут быть дешифрованы (считаны) как внут-ренними когерентными и некогерентными полями, источниками кото-рых выступают опять-таки хромосомы [59 ], так и внешними по отно-

66

шению к биосистеме излучениями. Фантомы утраченных частей зеле-ных листьев в таком случае считываются с хромосомного континуумаоставшихся частей листьев.

Примем, что такая трактовка фантомов верна, тогда получают ра-зумное объяснение непонятные явления в биосистемах, явления, о ко-торых говорилось выше. Прежде всего, с новых позиций воспринима-ется информационный путь (Ген -> Признак) развивающейся биоси-стемы. Это обеспечивается простым допущением: гены, мобильные по-следовательности ДНК, а также «эгоистическая» ДНК есть составнаячасть многомерных голографических супергенов как ключевых состав-ляющих хромосомного континуума многоклеточных эукариот. Боль- ,шие блоки организмов, такие как утраченные части листьев растенийили антенны, ноги, глаза насекомых, могут регенерировать у взрослогоорганизма или развиваться из эмбриона в пределах полевых программфантомной голографической памяти хромосомного континуума, явля-ющегося, по сути, голографическим компьютером. Складывается впе-чатление, что голографический суперген (или их совокупность) содер-жат явную информацию в форме зашифрованного прообраза макро-пространственных (и временных тоже) структур высших биосистем.Самые общие принципы функционирования хромосомного голографи-ческого биокомпьютера (ХГБ) могут быть представлены следующимобразом.

1. ХГБ начинает функционировать при достижении некоторой«критической массы» первоначально недифференцированной ткани,вырастающей из любой клетки (в т. ч. яйцеклетки) во взрослый орга-низм. Это утверждение базируется на экспериментах по культурамтканей и репродуктивной регенерации растений [35 ].

2. ХГБ функционирует в режимах: а) генерации полевых векто-ров морфогенеза; б) опознания (сравнения) синтезированных биоси-стемой морфоструктур с их голографическими фурье-прообразами;в) принятия решений о генерации тех или иных полевых структур;г) принятия решения о дифференциальной активации генома на уров-не синтеза про-мРНК, связанного с опознанием (режим б).

3. Регуляция ХГБ осуществляется системой обратных связей, за-мыкающихся на модификаторах, репрессорах и депрессорах гологра-фических решеток. В качестве модификаторов, репрессоров и дереп-рессоров могут выступать топоизомеразы, мобильные диспергирован-ные гены и другие подвижные элементы генома, А-, В-, С-, Z- и др.мобильные формы вторичной структуры ДНК.

Как известно [10], локальные престройки первичной струтурыДНК сопровождаются возаимокоррелированными конформационными

67

модификациями на более высоких уровнях организации этого биопо-лимера. Аналогичные изменения в архитектонику хромосом вносяттакже топоизомеразы [23 ]. Перечисленные динамичные состояния немогут не отразиться на структуре голографических решеток как со-ставной части хромосом и, следовательно, волновые фронты, образо-ванные такими переменными решетками, могут нести супергено-био-информацию или, наоборот, генерировать шум. То же самое относитсяи к взаимопереходам на уровне вторичной структуры ДНК типа А,В,Z, V, которые могут быть вызваны, например, изменениями в катион-ном составе кариоплазмы.

4. Хромосомный континуум, как основной структурно-функцио-нальный субстрат ХГБ, должен удерживать в единстве две взаимопро-тиворечивые тенденции. С одной стороны, он должен образовывать не-кие наборы статических голограмм (в общем случае — дифракцион-ных решеток), кодирующих те или иные финальные морфоструктурыорганизма. С другой стороны, развивающаяся биосистема должна бытьадекватно отображена реестрами динамических дифракционных peше-ток, кодирующих ее динамичное пространство-время. Вместе с тем,указанное противоречие является одной из движущих сил развития,которая проявляется как постоянно снимаемое несоответствие междуопережающим промежуточным «финальным» образом эмбриона и егореальной сиюминутной структурой.

Надо особо выделить,что голограмма в геноме — это, вероятно,лишь частный, простейший способ отображения пространства организ-ма. Знаковая структура жидкокристаллических топологий хромосом-ного континуума, как системы преобразования эндогенных полей ор-ганизма, а также внешних по отношению к нему излучений, должнабыть шире и составлять некий языковый плюрализм, своего рода мно-гомерное семантическое пространство, свойственное каждому генотипу.

Следствием динамизма развития биосистемы является естествен-ное «стирание» дифракционных кодов, «записанных» на высоких топо-логиях хромосом. Оно происходит при делениях клеток, когда xpoмо-сомный материал претерпевает глубокие структурные перестройки,удвоение в митозе и редукцию в мейозе. По крайней мере, на стадииинтерфазного ядра исходные дифракционные структуры должны ре-конструироваться вместе с реконструкцией самих хромосом. Можнодумать, что информационный провал «стирания» компенсируемсяструктурной памятью внутриклеточной «воды», которая, как известно[5 ], способна образовывать точные копии ДНК и, соответственно, хро-мосомно-«водные» дифракционные решетки, фиксирующие морфоге-нетическую информацию в делящихся клетках. Возможен и другой ва-

68

риант компенсаторной «распечатки» знаковой структуры хромосом насистему цитоскелет — внеклеточный матрикс [11, 30]. Организациявнутриклеточной «воды», которая показана в работе [5 ], этим не ог-раничивается. «Память воды» обогащается ее способностью к фрак-тальному росту. «Водные» отображения знаковых структур хромосоммогут расти, повторяя свою архитектонику, во все увеличивающихсямасштабах, и поэтому в соответствии с условиями бреговского отраже-ния могут быть считаны референтными фотонными и (или) акустиче-скими полями соответствующих диапазонов. Чем больше масштабфрактальности, тем ниже частоты считывающих полей и тем меньшеструктурных деталей содержит волновой фронт поля, дифрагирован-ного ДНК-«водной» дифракционной решеткой.

В результате возникает система акусто-электромагнитных обра-зов (фантомов), как бы вложенных один в другой и описывающих по-тенциальную структуру биосистемы с разной степенью подробности —от внутриклеточных образований (УФ- и видимая области) до клеточ-но-ткане-органного уровня (ИК- и СВЧ-области). Отсюда становитсяпонятной реальная наполненность высших биосистем Фрелиховскимии иными физическими полями разных диапазонов. Они необходимы,например, для дифференциального считывания хромосомно-«водных»голографических мультиплексных супергенов в работающем ХГБ. (Впоследующем тексте целесообразно чередовать синонимы «голографи-ческие супергены», «решетки», «коды» и т. д. с более общим — «эпи-геноструктуры»).

Все указанные диапазоны частот действительно обнаружены в ор-ганизмах [34, 49, 59 ]. При таком многоволновом автосканировании ге-нома восстанавливается полиморфная система полевых образов, даю-щих пространственно-временную информацию для самоорганизациибиосистемы на всех ее уровнях. Буферная память «воды» может иметьи другое проявление, которое позволяет дать объяснение как будто бынелогично большим размерам про-мРНК, а заодно и наличию некоди-рующих интронов, делающих гены «мозаичными». Роль про-мРНК

может заключаться в том, что высокие топологии такой матрицы яв-ляются копиями отдельных эпигеноструктур, копиями, которые послеих синтеза на ДНК «программируют» внутриклеточную «воду». «Вод-ные» эпигеноструктуры могут мигрировать между клетками и фрак-тально расти, обеспечивая перенос стратегической информации по

всей массе тканей биосистемы. Выполнив программирующие функции,про-мРНК «дозревает» до мРНК за счет процессинга вырезания инт-ронов и сшивки оставшихся фрагментов. Таким образом, возможна ре-

пликация эпигеноструктур, подобная репликации мРНК, а роль инт-

69

ронов в этом случае состоит в том, что они тоже являются элементамиэпигеноструктур, отображаемых в про-мРНК, а затем во внутрикле-точной «воде». Организм можно уподобить нестационарной сильнорассеивающей поля среде, в которой хромосомно-«водный» эпигеноз-наковый континуум — главный элемент ХГБ — должен отслеживатьструктурно-функциональные перемены в микро- и макромасштабах игенерировать полевые образы-команды по всему объему биосистемы.Для того, чтобы ХГБ успешно работал, биосистеме необходимо выпол-нять довольно жесткие требования, и одно из них — «наблюдение» че-рез нестационарную сильно рассеивающую среду толщи тканей. Воз-можно ли это? Если биосистеме свойственна динамическая голографияс использованием обращенного волнового фронта, то указанное пре-пятствие легко обходится. В пользу этого говорит то, что именно зако-номерности обращенного волнового фронта количественно объясняютфантомный голографический эффект на листьях растений. Если же вбиосистемах срабатывают и принципы временной голографии с разне-сением во времени взаимодействия опорного и объектного полей, товозможности полевого самоотслеживания состояния организмов и, со-ответственно, их самоорганизации существенно расширяются. Соот-ветственно, ХГБ может оценить не только текущее структурно-функ-циональное состояние ткани, органа и т. д., но и ее прошлое и «буду-щее». Причем, доплеровская голография позволяет предсказывать точ-ное место в трехмерном пространстве, например, в масштабах клетки,куда должен прийти движущийся объект. Это принципиальный воп-рос, потому что совершенно непонятно, как одна из главных информа-ционных структур клетки — мРНК — находит точное место на рибо-сомах в цитоплазме, продвигаясь через огромные, по сравнению с ееразмерами, и пересеченные пространства клетки. То же относится и кпроблеме поиска антигена антителом, кодона мРНК антикодономтРНК. Сводить здесь все только к броуновскому движению со случай-ным взаимоузнаванием макромолекул и надмолекулярных структур засчет гидрофобных и электростатических взаимодействий, по-видимо-му, бесперспективно. Эта трудность тоже решается в рамках полевогоуправления, но особого рода, а именно солитонного. Так, проблемавзаимоузнавания мРНК — тРНК теоретически описана с привлечени-ем явления возрата Ферма-Паста-Улама [3 ], которое математическиописывается солитонным решением нелинейного уравнения Шредин-гера. Это же явление использовано нами для создания формализма, от-ражающего одну из сторон эпигеноструктурной версии биологического

морфогенеза.Чтобы не сложилось впечатление о предлагаемом механизме би-

70

окодирования как о попытке объяснить все механизмы морфогенеза иработы хромосом, необходимо вспомнить старый вопрос биологии раз-вития о соотношении преформизма и эпигенеза. До сих пор он не ре-шен и вряд ли будет до конца осмыслен и с позиций эпигеноструктур-ного подхода, но он позволяет взглянуть на эту проблему по-новому.

При упрощенном понимании эпигеноструктур в системе хромосо-мы-«вода», может показаться, что вновь возникает призрак префор-мизма: голограммы как будто бы должны содержать в себе готовый об-раз взрослого организма, а он, образ, на каком-то другом уровне со-держит информацию о другом будущем организме и т. д. Другой край-ностью трактовки эпигеноструктур ХГБ является плоский эпигенез: вхромосомно-«водном» субстрате биосистем нет ничего стабильного, онспособен записывать любые интерферирующие поля подходящих диа-пазонов как эндогенные, так и экзогенные; соответственно любаявнутренняя или внешняя полевая информация фиксируется в эпиге-ноструктурах хромосомы-«вода» и может быть затем считана как уп-равляющая. Ни та, ни другая крайности не приемлемы: в эпигеност-руктурах эмбриона нет готового образа будущего взрослого организма,а хромосомно-«водный» субстрат, по-видимому, не способен к любымэпигенетическим преобразованиям. Вместе с тем, наверное, нельзя от-брасывать полностью элементы преформизма и эпигенеза, которыефункционируют на определенных этапах эволюции.

Взять, к примеру, вирусы и бактериофаги. В них на ДНК илиРНК поистине преформистски записан (правда без эпигеноструктур ив неявном виде) готовый образ всего будущего (потенциального) про-тоорганизма (вируса или фага), а через них — бесконечный рад сле-дующих поколений. Эпигенез тут выражен ясно и просто, хотя бы увируса СПИД: выходя из интегрированного с хромосомой хозяина со-стояния, вирус может захватывать фрагменты «хозяйской» ДНК и темсамым бесконечно модифицировать свой генофенотип. Это означает,что внешние факторы по отношению к вирусу (в данном случае «вы-резающие» вирус рестриктазы) эпигенетически модифицируют его засчет ошибок в узнавании мест вырезания. Следовательно, нельзя суверенностью отрицать элементы преформизма и эпигенеза на болеевысоких уровнях клетки, ткани, организма, но эти элементы будут ра-ботать уже не в одномерных генетических кодах, а в многомерныхэпигеноструктурных. Теоретическая тонкость — в сложнейшем взаи-мокоррелированном взаимодействии одномерных и многомерных ко-дов. в действительности ситуация может оказаться еще сложнее, так

как «некодирующие» и кодирующие (в смысле триплетного кода) уча-стки ДНК, являясь элементами эпигеноструктур, фактически их ко-

71

дируют. По-иному это можно выразить так: известные гены и «эго-истическая» ДНК — это линейный одномерный код нелинейного мно-гомерного кода эпигеноструктур. Нелинейного потому, что жидкокри-сталлические формы хромосом являются типично нелинейной средой.

Еще одна и, пожалуй, главная теоретическая трудность: если в го-лографических кодах генома нет полного прообраза (неполный пре-формизм), а финальный образ взрослого организма все-таки достига-ется, то как это происходит? Остается предположить громоздкую, нопока единственную конструкцию, сохраняющую эпигеноструктурныйморфогенез. В зиготе и последующих стадиях ее развития нет закон-ченного набора эпигеноструктур-предшественников полного образапотенциального организма, но они синтезируются и исчезают по мереразвития биосистемы с привлечением дополнительной информации,связанной с артефактом генетического кода по [66 ]. Эта идея находит-ся в хорошем соответствии с экспериментами, когда эмбрион или куль-тура ткани, экранированные от полей в металлических (пермаллое-вых) камерах, через несколько циклов деления обнаруживают извра-щенный морфогенез, хромосомные аберрации, а затем гибнут [21,27].В этих камерах есть основные условия для роста и развития клеток,тканей, эмбриона, кроме одного: внешние космогелиофизические по-ля, взаимодействующие с биосистемой, существенно ослаблены, их со-став изменен. Вот здесь голографическая модель генома получает глав-ную после фантомного эффекта поддержку. Внешние поля, в том чис-ле фоновый мягкий рентген, могут играть определенную роль в мор-фогенезе многоклеточных биосистем. Эта роль, как уже упоминалось,заключается в их референтных по отношению к геноголограммам фун-кциях, что не исключает и другие направления их действия. Если го-лограммы ХГБ не считываются или считываются неправильно (внут-ренних излучений биосистемы для этого недостаточно), то клетки,ткани, организм гибнут. Еще более простая иллюстрация сказан-ного — фотоморфогенез растений, независимый от фотосинтеза: в тем-ноте растения не развиваются, для этого необходима узкая спектраль-ная область света — 660 нм [26 ]. Таким образом, внешние поля поотношению к биосистеме играют отчетливо эпигенетическую роль, ноона может быть более сложной, если некоторые из них модулированы,например,— по фазе и поляризации. В качестве модуляторов могутвыступать и внешняя дополнительная информация, и сама биосисисте-ма. Наверное, надо считать, что внутренние поля биосистемы и внеш-ние поля функционируют в определенном синергизме. В этой связиследует особо сказать о роли внутренних полей.

Предельно упрощая и схематизируя, можно считать, что динами-

72

чиеская пространственно-временная многомерная структура биосисте-мы, генерируя поля (в том числе и когерентные) и взаимодействуя сними как с отчужденными, модулирует их по амплитуде, фазе, поля-ризации и частоте. Тем самым осуществляется первая «запись» полнойструктуры (и функции) биосистемы в ее собственных электромагнит-ных и акустических полях. Вторая «запись» идет за счет естественной,неизбежной (автоматической) интерференции таких структурирован-ных полей с соответствующими — собственным и также внешними —опорными полями, а также за счет безопорного ражима голографиче-ской записи.

Третья и последняя «запись» происходит на собственных жидко-кристаллических (и других, способных запоминать полевой сигнал)субстратах живого и на главном из них — хромосомах. Теперь ужеполную многомерную структуру организма можно воспроизвести(«считать») по частям и в целом с субстратов записи в виде его поле-вого эквивалента (или эквивалентов) на различных длинах волн, сво-его рода «фантома», который в примитивной форме проявляется в га-зоразрядной визуализации и собственных излучениях поврежденныхрастений. Считывание осуществляется эндогенными референтнымиполями организма или внешними полями. И для тех, и для других ге-ном-голограмма играет роль спектрального фильтра, отбирающего ча-стоты, адекватные дифракционной решетке. Запись-считываниеструктуры организма идет на множествах полевых (модулирующих идемодулирующих) сигналов биосистемы, которые будучи как бы от-чужденными от нее при взаимодействии с ней переводятся уже в то-пологические языки жидкокристаллических субстратов живого и темсамым становятся языками внутренней системы самоорганизации. Этоэпигенетические языки вещественного уровня, транслируемые затем вязыки волнового (полевого) уровня. Именно здесь Гурвичевская дуа-листическая вилка вещества и поля. Генетический язык — это после-довательность кодонов ДНК; все остальные, в том числе и голографи-ческие информационные характеристики хромосом, являются сово-купностью эпигенетических языков организма. Фактически, если мыпризнаем материальные носители наследственности в виде хромосом иДНК, мы обязаны согласиться с их волновыми проявлениями, нераз-рывными с ДНК-субстратами. Становится возможным анализироватьмеханизмы «полевой наследственности». Без полевых проявлений впередаче наследственных свойств невозможно понять вклад матери-альных носителей в преемственность организмов от поколения к поко-лению.

Детальное, но относительно простое расчленение наследственной

73

7574

Хромосомный аппарат клетки в митозе и мейозе самособирается издиссоциированного на уровне выше вторичной структуры нуклеопро-теида в целостный и тождественный в делящихся клетках с сохране-нием голографических решеток, передаваемых таким образом по на-следству. Существенна обнаруживаемая тут связь низших и высшихкодов, так как последовательность нуклеотидов (низшие коды) oпре-деляет характер сворачивания ДНК в высшие конформеры [69 ], эле-менты которых составляют и наследуемые голографические решетки(высшие коды).

Главное следствие приема-передачи (Хэ) в организме можно вы-разить и по-другому: считываемые-записываемые с хромосом и на хро-мосомах внешне-внутренние полевые образы являются регуляторны-ми, ключевыми элементами полевой самоорганизации биосистем, эле-ментами, которые определяются не только жидкокристаллическимино и особыми колебательными и квантово-механическими свойствамиДНК и других клеточных компонентов. Особенности этих колебанийзаключаются в их когерентности, что было постулировано Г. Фрелиххом [54 ] и развито его последователями [51, 59, 64 ] в отношении те-ории и эксперимента. Согласно этим представлениям, реально регист-рируемая сверхслабая фотонная эмиссия биосистем и их составных ча-стей продуцируется в процессе жизнедеятельности как когерентное из-лучение лазерного типа. Этот неоспоримый факт хорошо согласуетсяс изложенными представлениями. Биологический смысл лазероподоб-ных процессов в организме — это прежде всего возможность дально-действия (быстрого) одних частей биосистемы на другие, возможностьсинхронизации биохимических событий в масштабах всего организма,возможность интерференции полей в организме как основы биолого-графии.

Тонкие эксперименты по кинетике счета фотонов, излучаемыхбиосистемами и их частями (проростки растений, печень, нервы,дрожжевые клетки, прорастающие споры, хромосомы и т. д.), показа-ли, что макромолекулы организмов, и особенно ДНК, способны за счетэксимерных и эксиплексных возбуждений накапливать фотоны, какэто имеет место в лазерах.

Такой вывод основывается на следующих экспериментальных на-блюдениях [59].

1. Интенсивность излучения в его стационарной фазе демонстри-рует, что биосистемы далеки от состояния термодинамического равно-весия. Интенсивность указывает на способность излучения возбуждатьпереходные состояния в субстратах действия излучения. В противопо-ложность условиям термального равновесия реакционность при дейст-

76

вии излучения может быть резко усилена. По этой причине полесверхслабого излучения в организме способно регулировать все биохи-

мические процессы. Следует заметить, что последнее утверждение вработе [59 ] носит чисто декларативный характер, механизмы действияизлучений в организмах не раскрываются.

2. Температурозависимость фотоэмиссии подтверждает такое ут-верждение, равно как и то, что физиологические процессы связаны сфотоэмиссией, которая лежит в основе регуляции физиологическихфункций.

3. Спектральное распределение фотоэмиссии и статистика счетафотонов показывают, что биологическое излучение может представ-лять собой определенное значение когерентности, вероятно, с лазер-ным порогом.

4. Расчеты фотонного запасания указывают на то, что клеточныепопуляции представляют собой эффективные фотонные накопители сактивным механизмом запасания. Убедительно доказано, что длиныволн запасаемых фотонов лежат в интервале 800—350 нм. Эффектив-ность резонатора по (Q)-значению запасания очень велика.

5. Использование бромистого этидия как индикатора показало,что ДНК является, по крайней мере, одним (вероятно, главным) ис-точником эмиссии фотонов.

Основное следствие этих экспериментов заключается в том, чтоДНК способна к запасанию фотонов, их когерентной эмиссии и воз-буждению. Обобщая перечисленные факты, авторы в работе [59 ] при-водят схему гипотетической регуляторной цепи перехода порядка в ха-ос и наоборот на физическом (фотонном) и клеточном уровнях. Посту-лируются петли обратных связей, которые самоинформативны и хоро-шо соответствуют всем данным, полученным на физическом и биоло-гическом (биохимическом) уровнях.

В работе [59 ] предлагается возможный контроль клеточной регу-ляции электромагнитными взаимодействиями. Они представлены от-рицательными петлями обратных связей между антагонистическимисостояниями порядка и хаоса. В хаосе можно выявить близкодейству-ющие контакты и относительно высокие химические активности. пищевое

обеспечение (например,— гликолиз) порождает фотоны хеми-люминесценции. Хорошо известно, что фотоны, необходимые для свя-зывания СО2 и Н2О в глюкозе (фотосинтез), освобождаются в глико-лизе. Это проявляется в том, что эти фотоны не только расходуютсяна нагрев, но и запускают биохимические реакции. Одно из важней-ших взаимодействий фотонов в клетке связано с нуклеиновыми кисло-

тами, особенно для эксиплексных (эксимерных) формирований внутри

77

них, условия образования которых удовлетворяют принципам лазернойнакачки. Поэтому утверждается, что эксиплексные связи в ДНК

и взаимодействующие с ними компоненты создают высокоорганизо-ванную структуру в клетках, а их фотонное поле экспонируется на всебиомолекулы [59 ].

Конденсация хромосом есть следствие возникновения эксиплекс-ных структур. Это выражается в возбуждении (фотонной накачке)ДНК по сравнению с фоновым состоянием. Конденсированный хрома-тин поэтому может рассматриваться как содержащий высокоупорядо-ченную ДНК и «плотно упакованные» фотоны. Постоянная конкурен-ция молекул ДНК в хромосомах за фотоны выражается в ее высокойпространственной упорядоченности (вероятно,— по жидкокристалли-ческому типу) в фотонном поле, которое распределяется по клеточнымпопуляциям. Организованное фотонное поле означает организован-ную ДНК и наоборот. Это определяет формирование пар азотистых ос-нований ДНК, их конформацию в пределах клеточной популяции;структура фотонного поля, таким образом, есть главное условие даль-них ДНК—ДНК информационных взаимодействий. Хотя в этом пун-кте авторы [59 ] исходят из иных посылок, общая логика рассужденийблизка представлениям, изложенным выше, суть которых в том, чтокогерентные поля являются информационными посредниками меж-клеточного общения. Формирование структур ДНК-поле противостоитхаотическим внешним влияниям, и это основано на фотонном обеспе-чении («накачке») эксиплексных ДНК-лазеров (мазеров, разеров) вмодели электромагнитных взаимодействий в генетическом аппаратепредлагаемой в работе [59 ].

Такие биологические феномены, как клеточная адгезия, клеточ-ная пролиферация, дифференцировка, канцерогенез и т. д., в итогетрактуются в рамках понятий активного фотонного накопления - высвечивания в когерентных и хаотических режимах. Однако, эти поня-тия в приложении к биосистемам остаются общей фразой, и реальнодело не идет дальше регистрации излучений организмов и их частей,а также регистрации изменения интенсивности этих излучений приразличных химических и физических воздействиях на биосистемы[51,64].

Ценность работ [51, 59, 64 ] в другом — в реальном доказательст-ве наличия универсальных лазероподобных процессов в живых орга-низмах на всех уровнях эволюционной лестницы. Другое дело,— какиспользуют биосистемы собственные «лазеры». Здесь большое поле длягипотез и можно представить себе многие неизвестные ранее процессыв Живом. Если же оставаться в рамках известных биофеноменов, по-

78

падающих как-то в сферу применения понятий лазерных полей, то этобудет» конечно, фантомный листовой эффект и его голографическаятрактовка. Когерентные поля биосистем могут и должны интерфери-ровать, а это и есть собственно голографирование, поскольку труднопредставить, что такие поля будут всегда оставаться «чистыми». Неиз-бежно их взаимодействие с породившей их биосистемой, т. е. приобре-тение ими амплитудной, фазовой, поляризационной и частотной ин-формации о многомерной структуре организма и использование этойинформации в процессах самоорганизации высших биосистем.

С другой стороны, было бы разумно избегать соблазна рассматри-вать поля биосистем исключительно с позиций их биоголографическихфункций. Излучения светлячков, рыб, червей, пение птиц, наконец,—речь человека — все эти физические поля биосистем не укладываютсяв рамки биоголографии. Механизмы саморегуляции человека, живо-тных, растений с помощью собственных полей шире и включают в себяплюрализм структур полей - символов, полей - знаков, в которых голо-графические поля лишь часть целого.

Совершенно особо нужно сказать об искусственных, привнесен-ных, возможно, экзобиологических симметриях генетического кода, окоторых упоминалось выше [66] и которые, в частности, свидетельст-вуют об особом знаковом использовании негенетического характерастартовых и стоповых кодонов как указателей возможного «послания».Главная часть его, если таковое имеется, может быть сосредоточенаименно в спейсерных, интронных и мобильных областях генома, т. е.именно там, где мы предполагаем монтаж голографических программХГБ. Нельзя исключить, что экзобиологическое «послание» было при-внесено в абиогенно-синтезированные полимеры ДНК и (или) РНК назаре эволюции Живого, и что оно участвует как действующий элементХГБ в морфогенезе биосистем, более того,— постоянно генерирует ин-формацию, передаваемую по наследству, которая пока не осознаетсянами. Помехозащищенный информационно избыточный способ голо-графической записи этого сообщения может быть наиболее подходя-щим.

Для более детального обоснования изложенных концепций голо-графического механизма хранения, передачи и восстановления морфо-генетической информации необходимо дать ответы на ряд вопросов,касающихся природы и свойств гипотетических голограмм, в которыхможет храниться информация, необходимая и достаточная для осуще-ствления изоморфизма «организм — геном». В основном эти вопросысводятся к следующим:

79

Нетрудно заметить, что выражение (2) содержит две составляю-щие. Первая (с точностью до постоянного множителя) совпадает сосферической волной, испущенной точечным излучателем, а втораяравна сумме рассеянных волн, несущих информацию об окруженииизлучателя. Интерференция этих двух полей дает картину полос, ко-торая, будучи зарегистрированной в фоточувствительной (нелиней-ной) среде, представляет собой голограмму окрестности излучателя.Видимость (контраст) интерференционных полос — (

80

(1) какова природа источников излучения для записи и восстанов-ления голограмм, требования к их когерентности;

(2) каков механизм записи либо синтеза голограмм, способныххранить эпигенетическую информацию;

(3) что является средой для записи голограмм и каковы механиз-мы восприятия полей, восстановленных с голограмм;

(4) каковы схемы записи и восстановления голограмм, обеспечи-вающие интерферометрическую стабильность и воспроизводимостьвосстанавливаемых полей, — ?

Для ответов на вопросы о природе и когерентных свойствах источ-ников и, отчасти, о схемах записи и восстановления голограмм можнопривлечь концепцию локальных опорных источников [32, 67 ]. В ее ос-нове лежат особенности рассеяния и интерференции волн, испускае-мых уединенным источником достаточно малых размеров, например,атомом тяжелого металла, входящим в состав молекул ДНК ихромосом.

81

ни одно из этих условий не накладывает сколько-нибудь серьезныхпрактических ограничений. Кроме того, периодичность расположенияизлучателей не существенна, поэтому описываемый механизм долженработать одинаково хорошо в молекулярных и жидких кристаллах (на-пример,— в хромосомной ДНК), а также в ориентированных волокнахи мембранах.

Рассматривая энергетические и тесно связанные с ними информа-ционные аспекты описываемого метода голографической регистрации,следует иметь в виду, что плотность потока энергии от источника воз-буждения должна обеспечить в течение эффективного времени экспо-зиции (отклика среды), по крайней мере, минимально необходимоедля надежной регистрации число фотонов, приходящееся на разреша-емый элемент голограммы. По оценкам эта величина составляет не ме-нее 200 [15, 67 ] (реальные значения с учетом диссипации энергии со-ставляют несколько тысяч). В этих условиях время экспозиции, необ-ходимое для достижения определенной дифракционной эффективно-сти голограммы, должно уменьшаться пропорционально объему кри-сталла. Особенностью получения голограмм является малость несущейпространственной частоты, т. е. большой период полос регистрируемойкартины, что является следствием малого углового размера областирассеяния. По сути дела голограмма регистрируется в дальней зоне,что характерно для схемы голографии Фурье-Фраунгофера [18 ].

Описанный механизм голографической регистрации может бытьобобщен на случай испускания уединенными атомами фотоэлектроновили же электронов [67 ]. В этом случае на голограмме записываетсякартина рассеяния и дифракции электронов. Такой вариант регистра-ции представляет, по-видимому, особый интерес для интерпретациирезультатов экспериментов по газоразрядной фотографии фантомовповрежденных листьев растений.

Процессы регистрации и восстановления локальных голограммможно рассматривать в приближении слабого рассеяния или сильнойопорной волны. При этом голограмма, зарегистрированная на сферерадиуса К в среде с характеристической кривой вида

82

волной, совпадающей с опорной, дает в пространстве за пределамисферы световое поле, формирующее мнимое изображение точечногоопорного источника и окружающих его рассеивателей [29 ]. Если жеголограмма освещается с наружной стороны сферы обращенной опор-ной волной (сферическая волна, сходящаяся в точку, где расположенатом-излучатель), то внутри сферы восстанавливается действительноеизображение источника и его окружения. Так, в случае одиночного

К сожалению, столь совершенная схема записи и восстановленияголограмм является идеализированной. Даже при линейной регистра-ции в стационарных условиях при сохранении геометрии схемы точ-ные запись и восстановление невозможны из-за модуляции опорной ивосстанавливающей волн вследствие рассеяния на объекте. В резуль-тате восстановленная волна также приобретает дополнительную моду-ляцию, так что ее интенсивность можно выразить в виде:

Из теории восстановления сигналов известно, что выделить полез-ный сигнал из шума при неизвестной заранее передаточной функцииискажающей среды (некорректная обратная задача) возможно только

83

приближенно с использованием метода наименьших квадратов, прин-ципов максимального правдоподобия или минимума энтропии [6 ]. Од-ной из разновидностей оптических схем, реализующих алгоритмы вос-становления, являются схемы голографической ассоциативной памятис обратной связью [46, 62 ]. Замечательной особенностью таких схемявляется глубокая и явная аналогия между ними и биологической па-мятью, в частности, нейронными структурами и сетями [55, 56, 62 ] вфантомными эффектами на поврежденных листьях растений [13, 50].

В основе работы рассматриваемых систем лежит ассоциативность,присущая голографическому процессу [25 ]. Особенности голографиче-ских систем ассоциативной памяти удобно рассматривать на примересхемы (рис. 2).

Эта схема содержит фотопластинку с последовательно записанны-ми на ней наложенными фурье-голограммами двумерных объектов(содержимое памяти). В одном из вариантов такой памяти каждая го-лограмма записывается с опорным объектом, представляющим собойсмещенную во входной плоскости копию объекта (а). Смещение во во-ходной плоскости приводит к сдвигу пространственной частоты (углападения) в фурье-плоскости, т. е. на голограмме. Сдвиг несущей час-тоты позволяет разделить восстанавливаемые изображения и отделитьих от пучка света нулевого порядка дифракции. Если голограмма вос-станавливается с помощью объекта, являющегося частью или иска-женной версией содержащего в памяти изображения (а), то восстанов-ленное изображение в первом порядке дифракции (после обратногопреобразования Фурье) можно записать в виде [25, 62 ]:

Первое слагаемое представляет собой полезный сигнал, искажен-ный аппаратной функцией системы, а второе — шум за счет взаимнойкорреляции входного изображения с остальными изображениями, хра-нимыми в памяти. Пороговое ограничение и обратная связь в схеме(см. рис. 2, а) осуществляются за счет обращения волнового фронта(ОВФ) в нелинейно-оптических элементах 7 и *. Важное достоинствоописываемых схем состоит в инвариантности к сдвигу входного изо-бражения. Это обусловлено тем свойством голограммы Фурье, что присдвиге в некоторых пределах входного изображения, выходное будетвосстановлено с аналогичным сдвигом, но без изменения распределе-

84 85

ния поля в нем. В сочетании с ОВФ это свойство делает схему практи-чески нечувствительной к взаимному смещению элементов, что чрез-вычайно важно для биологических систем в силу присущей им подвиж-ности, например,— при движении хромосом, клеток и тканей, когда ихвзаимное «видение» должно оставаться неискаженным.

Поскольку выходной сигнал в рассматриваемой схеме появляетсянепосредственно в плоскости объекта, шум в ней имеет ту же про-странственную протяженность, что и сигнал. Шум наложен на сигнал,поскольку все опорные объекты сдвинуты относительно сигнальных наодно и то же расстояние. При этом отношение сигнал — шум в первомцикле итераций [62 ]:

ращаются ОВФ-зеркалом 7 и, попадая обратно на голограмму, вос-ставливают каждый свой объект. В объектной плоскости все эти изо-бражения обращаются во втором ОВФ-зеркале 8 и снова попадают наголограмму, в результате чего замыкается обратная связь. Если нели-нейное преобразование порогового типа выполняется в одном или вобоих ОВФ-зеркалах, то система с обратной связью сходится к само-согласованному решению. Полный набор таких решений совпадает с

86

Ось х лежит в плоскости (рис. 2 а). Точечные источники в рас-сматриваемой схеме являются аналогами одиночных излучателей вмодели локальных опорных источников [67]. Подставляя (10) в (9),получаем:

87

такой системы позволяет ей как бы делать «логические выводы» и«принимать решения» относительно близости входного объекта (всмысле корреляционной меры близости) к объектам, хранимым в па-мяти, и значительно улучшает отношение сигнал/шум по сравнениюс линейными системами обычных корреляторов. Кроме того, в отличиеот обычных корреляторов рассматриваемая схема позволяет получитькак максимум корреляции, так и восстановить само изображение объ-екта по его неполной (искаженной) копии. В этом процессе использу-ется и восстанавливается как амплитудная, так и фазовая информацияоб объекте. Указанный аспект аналогичной памяти генома эукариотчрезвычайно важен для объяснения тонких механизмов биоморфоге-неза, когда геному (ХГБ) необходимо принимать решения о точности(корреляции) супергенопрограммируемых и реально развившихсяформ (признаков) биосистемы — стоению глаза, крыла и т. д., а затемкорректировать и продолжать развитие организма, или стабилизиро-вать достигнутый статус в пределах взрослой возрастной нормы.

Обращенные ОВФ-зеркалом восстановленные опорные пучки по-падают на голограмму и восстанавливают изображение, описываемоеследующим выражением:

между различными объектами, повышает отношение максимума фун-кции автокорреляции к величине ее боковых лепестков и, таким обра-зом, улучшает отношение сигнал/шум в области корреляции [53, 62 ].Однако, в этом случае фазовый множитель диффузного рассеивателяоказывается неотъемлемой частью каждого из объектов, хранимых впамяти, и его необходимо сохранять даже в неполных и искаженныхкопиях входных изображений. Последнее условие доставляет опреде-ленное неудобство при создании практических систем ассоциативнойпамяти. Тем не менее, принимая во внимание то обстоятельство, чтопо своим оптическим свойствам большинство биологических объектовявляются «диффузными рассеивателями», и учитывая присущее био-логическим системам свойство «саморепродукции» или редупликации

88

пользования жидкокристаллических структур в качестве ОВФ-зеркалав схемах ассоциативной памяти, в том числе — с итерационной про-цедурой поиска и восстановления изображений. Поскольку в схемах(см. рис. 2) оптическая система формирует на ОВФ-зеркале изображе-ние голограммы (в корреляционном канале) или изображение объекта(в объектном канале), то первое ОВФ-зеркало может быть совмещенов пространстве с голограммой памяти, а второе — с объектом. В рас-сматриваемой модели удобной средой для двух и четырехволновогосмешения является все та же молекула ДНК в хромосомной жидко-кристаллической форме, в которой существуют эксимерные и экси-

89

[37 ], т. е. способность в процессе роста и развития воспроизводить вдеталях структуру собственного тела, можно предположить, что такая«оптическая диффузность» играет важную роль в механизмах хране-ния и воспроизведения морфогенетической информации. К примеру,помимо повышения информационной емкости и точности эпигенети-ческого самовосстановления из зиготы индивидуальность диффузногоузора может обеспечивать своеобразный «ключ», позволяющий систе-ме отличить «свою» структуру от «чужой». Это означает, что полевыепринципы организации биосистем могут распространяться на их им-мунный статус.

В качестве ОВФ-зеркал в рассмотренных системах могут пользо-ваться объемные среды, например, фоторефрактивные кристаллы в ре-жиме четырехволнового смешения [52, 53, 62 ], а также фоточувстви-тельные жидкокристаллические структуры в режиме обращения по-верхностью и псевдообращения [53 ], а в случае голографического ко-дирования структуры биосистем ОВФ-зеркало — это хромосомно-«водныи» континуум организма. Важнейшим параметром ОВФ- зерка-ла является достигаемое в нем усиление обращенной волны. Для фо-торефрактивных кристаллов максимальное усиление в режиме двух -волнового смешения достигает 10 000 а в режиме четырехволновогосмешения — до 50 [68 ]. В работе [7 ] исследовали жидкокристалличе-скую фоточувствительную структуру в режиме ОВФ-зеркала. Получе-на оценка предельного усиления обращенного сигнала в петле обрат-ной связи. Модуляция характеристики ЖК-структуры, полученнаяэкспериментально, и соответствующие численные расчеты показаливозможность использования логарифмической аппроксимации этой ха-рактеристики. Следует отметить, что логарифмическая зависимостьотклика от интенсивности воздействия весьма характерна и для био-логических систем. Результаты расчетов и экспериментов дают макси-мальное значение коэффициента усиления обращенного пучка

плексные состояния с инверсией населенностей [59 ]. Две волны накач-ки в случае четырехволнового смешения образуются в дальней зонелюбых двух локальных опорных источников. Еще одним эффективныммеханизмом передачи информации в активных средах с инверсией на-селенности являются автоволны [7 ]. Распространяясь в активной ин-версной среде, прямая и обращенная волны должны приобретать ха-рактер автоволн, форма которых определяется граничным условием,т. е. с одной стороны,— структурой голограммы, записанной в хромо-сомном континууме ДНК на «микроскопическом уровне», • и с дру-гой стороны — макроскопическим строением объекта. Подобная систе-ма по своему характеру является, во-первых, сильно избыточной, т. е.хранимая и воспроизводимая информация в ней распределена и мно-гократно повторена. Во-вторых, система является самосогласованной исаморегулирующейся, т. е. любые изменения в ней, связанные с нару-шениями на макро или микроуровне, тотчас же приводят к возникно-вению сигналов в виде модуляции восстановленных полей, способст-вующих в нормальных условиях коррекции искажений. Именно в каче-стве такого зондирующего и корректирующего поля может выступатьфантом отсеченной части живого объекта и (или) регуляторные голо-графические поля в процессе развития эмбриона.

Обратим внимание на некоторые вопросы, требующие решения всвязи с обоснованием голографической модели генома. В первую оче-редь следует отметить определенные трудности описания и построениямодели ассоциативной голографической памяти, в которой светочувст-вительная среда и входной (предъявляемый) объект практически оди-наково равномерно распределены в некотором объеме. Наибольшеесходство с такой системой имеет, по-видимому, волноводная голограм-ма [31 ]. Эта аналогия, однако, требует более детального исследованияи обоснования. Еще одна проблема связана с отображающими свойст-вами голограмм. Обычно в схеме голографической памяти плоская •(или) трехмерная голограмма осуществляет связь (изоморфизм) меж-ду двумя плоскостями (вход-выход). Даже в случае двумерного объек-та такая голограмма, вернее,— реализуемая ею связь, описываетсятензором 4-го ранга [62, 65 ]. При дискретном представлении такой го-лограммы она разбивается на фрактальные решетки размерности 3/2[65 ]. Интересно отметить, что функция пропускания идеального диф-фузного рассеивателя также является фракталом с размерностью — 3dU91.

Как упоминалось выше, кодирование структуры биосистем можетосуществляться в форме солитонных полей, например, бризеров, внут-ренняя колебательная структура которых является статико-динамиче-

90

ской голограммой, отображающей данный пространственно-временнойстатус развивающегося или регенерирующегося организма.

Формализм данной версии, развивающей изложенный чисто голо-графический вариант биоморфогенеза, вытекает из задачи Ферми-Па-ста-Улама, которая возникла в результате компьютерного исследова-ния динамики колебаний в цепочках нелинейно связанных осциллято-ров. Оказалось, что против всякого ожидания энергия первоначальноговозмущения крайних осцилляторов в таких цепочках не термолизова-лась, а распределившись по высшим гармоникам, затем вновь собира-лась в спектр первоначального возмущения [39 ]. При увеличении чис-ла осцилляторов в цепочке — картина возврата энергии неизменно со-хранялась. Эта проблема получила название возврат Ферма-Паста-Улама по именам Э. Ферми, Д. Паста и 3. Улама, которые первымиисследовали эту задачу. В дальнейшем возврат ФПУ был эксперимен-тально обнаружен в длинных электрических линиях с нелинейнымиэлементами в плазме, а также в динамике волн на глубокой воде [39 ].Замечательным свойством возврата ФПУ оказалось наличие «памяти»в его спектре к начальным условиям его активных мод [45 ].

Результаты исследований в области изучения возврата ФПУ по-зволили теоретически рассмотреть молекулу ДНК в виде электриче-ского резонатора ФПУ [3 ]. В этой модели динамика волны плотностиэлектронов, распространяющейся вдоль сахарофосфатных цепей моле-кулы ДНК, рассматривалась в рамках нелинейного уравнения Шре-дингера в форме, предложенной Юэном и Лэйком для описания дина-мики солитонных волн на глубокой воде [39 ]. При этом осцилляцииплотности электронов в структурах нуклеотидов рассматривали в ка-честве возмущающих точечных источников, расположенных на одина-ковых расстояниях вдоль сахарофосфатной цепочки, интерпретируе-мой как длинная электрическая линия.

Рассмотрим теперь эту задачу в несколько ином аспекте. Упро-стим модель динамики волн электронной плотности в молекуле ДНК.Представим оба одиночных полинуклеотида двойной спирали ДНК ввиде двух цепочек связанных осцилляторов, имеющих одинаковую ча-стоту ш0, равную частоте биений между периодическими колебаниямиэлектронной плотности в структуре комплементарных пар нуклеоти-дов. Как известно [28 ], такие цепочки осцилляторов могут быть опи-

саны уравнением Клейна-Гордона. Следовательно, динамика напря-женности электрического поля одиночных цепей ДНК может быть вы-ражена следующим образом:

91

92 93

9 5

Таким образом, изложенная модель указывает на возможностьсуществования вокруг молекулы ДНК в составе хромосом сферическихсолитонов (бризеров), которые в сумме отображают структуру хромо-сомного континуума и могут двигаться за пределы клеточных ядер илисовершать колебательные движения относительно некоего положенияравновесия и которые в своей структуре содержат статико-динамиче-ские голографические (в общем случае — дифракционные) решетки сэпигенознаковой образно-семантической нагрузкой. Такие решеткиотображают текущее и (или) относительно постоянное пространствен-но-временное состояние в каждой области многомерной структуры вы-сших биосистем, в которой в данный момент находится бризер. Нали-чие тепловых возмущений (кТ) молекулы ДНК, а также возможностьсуществования фуранозных колец нуклеотидов в виде двух конформа-ций [3 ], приводит к усложнению модели и необходимости введения внее фазовых флуктуаций электронной плотности. Однако, учитывая,что спектр ФПУ может служить преобразователем стохастических ко-лебаний в детерминированные [47 ], стохастическая компонента дина-мики колебаний электронной плотности в молекуле ДНК является, ве-роятно, ее атрибутом.

В рамках обсуждаемой модели фантомный листовой эффект,представленный выше в другой модели, может быть выражен как со-вокупность сферических бризеров, генерирующих интегральное излу-чение полиядерного континуума оставшейся неповрежденной частиживого листа растения. Запись-считывание статико-динамических го-лографических решеток в составе сферических солитонов обеспечива-ет синтез фантома, т. е волнового фронта, содержащего морфоэпиге-нетический сигнал.

Необходимо особо подчеркнуть, что наличие спектра ФПУ в элек-тромагнитном излучении молекулы ДНК приводит к чередованиюсферических слоев излучения, а именно,— слоев со стохастическойдинамикой интерференции мод и слоев с детерминированной динами-

94

на длине которого происходит периодическое уширение и существова-ние спектра мод [45 ].

Представленные количественные модели волновой памяти геномаэукариот не противоречивы, но взаимно обогащаются. Сферическиесолитоны хромосомного континуума содержат в себе и статическую, идинамическую информацию о структуре биосистемы. Статика здесь —это жестко наследуемые генетические и эпигенетические признаки ор-ганизма, генерируемые как реестр голографических матриц хромосом-но-«водного» континуума с опережающим отображением перспективпространственно-временного развития. Динамика — это одновремен-ные запись-считывание динамических голограмм текущей, сиюминутной структуры биосистемы, запаздывающей по отношению к опережа-ющему каскаду статических. Но именно эта постоянно существующаяразность текущей структуры и структуры потенциальной и есть сти-мул к самодвижению организма в его онто- и возможно,— в филоге-незе, а также фактор относительного постоянства макроструктуры ор-ганизма, закончившего морфогенез.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бауэр Э. С, Теоретическая биология., 1935, М., Л., 206 с.2. Белоусов Л. В., Биологический морфогенез., 1987, Изд. Московского Гос. Уни-

верситета.3. Березин А. А., Гладкий А. М., 1988, Деп. ВИНИТИ № 904-В88.4. Бор Н., Избр. тр., 1977, т. 1 - т. 2., Наука.5. Бульенков Н. А., Биофизика, 1991, т. 36, в. 2, с. 181-243.6. Василенко Г. И., Тараторил А. М., Восстановление изображений., 1986, М., Ра-

дио и связь.7. Васильев А. А., Галаванова Е. И., Компанец И. Н., Лунякова Г. А., 1990, «Голо-

графическая ассоциативная память с жидкокристаллическим световым затвором в каче-стве фазово-конъюгированного зеркала»., Препринт № 184. Физический Институт АН.,Москва.

8. Вернадский В. И., Живое вещество., 1978, М., Наука., 260 с.9. Вернадский В. И., Филос. мысли натуралиста., 1988, М., Наука., 520 с.

10. Вологодский А. В., Мол. биол., 1985, № 5, с. 687-692.11. Гл. 1 наст. кн.12. Гаряев П. П., Татур В. Ю., Юнин А. М., Клаузура ноосферы., 1988, Ноосфера.)

М., ч. 1., с. 286-292.13. Гаряев П.Т1., Юнин А. М., Энергия, Изд. президиума АН СССР, 1989, N° 10,

с. 46-52.14. Глушакова Т. И., Развитие представлений об индивидуальности хромосом., 1983)

М., Наука.15. Гудмен Дж., Статистическая оптика., 1988, М., Мир.16. Гурвич А. Г., Теория биологического поля., 1944, М., Госиздат.17. Гурвич А. Г., Избранные труды., 1977, М., Медицина.

96 4-187

18. Настольная кн. по-оптич. голографии., 1979, Н. J. Caulfield. Ed. (Academic Press,New York, 1979), Ch. 4.

19. Зельдович Я. Б., Соколов Д. Д., Усп. физ. наук., 1985, т. 146, № 3, с. 493-506.20. Иваницкий Г. Р., Кринский В. И., Морнев О. А., в кн. Кибернетика живого: при-

рода, человек, информация., 1987, Ред. Макаров И. М., М., Мир., 52 с.21. Казначеев В. П., Иванова М. П., Михайлова Л. П., Зайцев Ю. И., Бюл. Сиб. отд.

АМН СССР, 1986, № 3, с. 12-16.22. Казначеев В.П., Михайлова Л. П., Биоинформационная функция естественных

электромагнитных полей., 1985, Новосибирск., Наука., 200 с.23. Кантор Ч., Шиммел П., Биофизическая химия., 1985, т. 3, М., Мир.24. Козырев Н. А., Астрономическое доказательство реальности 4-мерной геометрии

Минковского. Проявление космических факторов на Земле и звездах., 1980, М., Л., Изд.АН СССР., с. 85-93.

25. Кольер Р., Беркхордт К., Лин Л., Оптическая голография., 1973, М., Мир.26. Конев С. В., Болотовский И. Д., Введение в молекулярную фотобиологию., 1971,

Минск., Наука.27. Копанев В. И., Шакула А. В., Влияние гипогеомагнитного поля на биологические

объекты., 1985, Л., Наука., с. 1-72.28. Крауфорд Ф., Волны., 1984, М., Наука.29. Кэти У. Т., Настольная книга по оптической голографии., 1982, Ред. Колфилд

Г., М., Мир., с. 139-153.30. Либерман Е. А., Минина С. В., Шкловский-Корди Н. Е., Мозг как система кван-

товых компьютеров и путь к объединению наук., 1986, Препринт АН СССР., Институтпроблем передачи информации.,72 с.

31. Мировицкий Д. И., Будагян И. Ф., Дубровин В. Ф., Микроволновая оптика иголография., 1983, М., Наука.

32. Намиот В.А., Докл. АН СССР, 1988, т. 301, № 6, с. 1372-1375.33. Пригожий И. Р., Стенгерс И., От хаоса к порядку., 1986, М., Прогресс.34. Ромоданов А. П., Богданов Г. Б., Лященко Д. С, Первичные механизмы действия

иглоукалывания и прижигания., 1984, Киев., Вища школа.35. Синнот Э., Морфогенез растений.М., 1963, Изд. ИЛ., 603 с. 36. Соловьев В. С,

Избр. сочинения в 2-х томах. М., 1988, Мысль.37. Тимофеев-Ресовский Н. В., в кн.Кибернетика живого:природа, человек.инфор-

мация., 1987, Ред. Макаров И. М., М., Мир., 52 с.38. Федоров Н. Ф., Избранные труды., 1982, М., Мысль.39. Ферми Э., Научные труды., 1972, М., Наука., т. 2.40. Флоренский П. А., Столп и утверждение Истины., 1914, Москва.41. Хесин Р. Б., Непостоянство генома., 1984, М., Наука.42. Чижевский А. Л., Земное эхо солнечных бурь., 1976, Н-. Мысль.43. Шредингер Э., Что такое жизнь с точки зрения физика?, 1972, М.44. Эволюция генома., Ред. Доувер Г.и Флейвелл Р., 1986, М., Мир., 368 с.45. Юэн Г., Лэйк Б., Лонгрен К., Икези X, Солитоны в действии., 1981, М., Мир.46. Anderson D. Z., «Optical Systems That Imitate Human Memory», Computers in Physics

Mar/Apr., 19 (1989).47. Berezine A. A., Kukushkin P. В., and Andriakin E.I., Physica Scripta 1988, v. 38,

P- 719.48. Berezine A. A., «Can an Electromagnetic Field Exist in a Form of Fermi-Pasta-Ulam

recurrence?» J. Phys. D: Appl. Phys., 1989, v. 22, p. 577-583. •49. S. Caorsi, G. Ogno, In: Proc. MELECON'85. Mediterr. Electrotechn. Conf.

(Amsterdam, 1985) Vol. 1, 61-64.

97

• I

50. J. К. Choudhwry, P. С Kejarival, A. Chattopadhyay, J. Inst. Ing. 60-BL3, 61-73J

(1979). 151. W. B. Ghwirot, Plant. Physiol. 122, 81-86 (1986).52. B. H. Soffer, G. S. Dunning, Y. Owechko, E. Marom, «Associative Hok) graphic:

Memory with Feedback Using Phase-Conjugate Mirrors,» Opt. Lett. 11,118(1986).53. G. J. Dunning, E. Marom, Y. Owechko. В. Н. Soffer, «All-Optical Asso dative Memory

with Shift Invariance and Multiple Image recall,» Opt. Lett. 12, 346 (1987).54. H. Frolich, Collective Phenomena 3, 139-146 (1981).55. J. J. Hopfield, «Newral networks and physical systems with emergent collectivt

computational abilities.» Proc. Natrl. Acad. Scl. USA 79, 2554 (1982). # j56. J. J. Hopfteld, «Artificial newral networks.» IEEE Circuits. Device Magazin, 4, »

(1988) 157. D. T.Kuhn, D. F. Woods, and D. J. Andrews, Genetics 99, 99-107 (1981). 1

58. F. Iivolant, «Cholesteric organization of DNA in vivo and in vitro,» Europ. J. Cell Bio!.<

33,300-311 (1984). s

59. W. Nagl, F. A. Popp, Cytobioe. 37, 45-62 (1983) «60. R. Nobili, Phys. Rev. A: Gen. Phys. 32, 3618-3623 (1985).61. R. Nobili, Phys. Rev. A: Gen. Phys. 35, 1901-1922 (1987). '62. Y. Owechko, G. J. Dunning, E. Marom, В. Н. Soffer, «Holographic associative memory

with nonlinearities in the correlation domain, »Appl. Opt. 26, 1900 (1987).63 V. D. Paponov, Zagodnienia Bioflzyki Wspolczesnej 13, 17-41 (1988)64. F. A. Popp, B. Ruth, J. Bohm, W. Bahr, G. Grass, M. Grollig, M. Rut tenmeyer, H.

G. Schmidt, P. Wulle, «Emission of Visible and Ultraviolet Radiation by Active BiologicalSistems,» Collective Phenomena 3, 187-214 (1981).

65 D Psaltis, X.-G. Gu, and D. Brady, «Fractal Sampling Grids for HolographicInterconections,» Proc. SPIE 963, 468-474 (1988).

66. V. I. Scherbak, J. Theor. Biology 132, 121-124 (1988); 139, 271-283 (1989).67. A. Szoke, «X-Ray and Electron Holography Using a Reference Beam,» U

Proceedings, Short Wave-length Coherent Radiation and Amplification, 361-367 (1986).68 T. Tschudi, A. Herden, J. Goltz, H. Klumb, F. Laeri, J. Albers, «Image AmplificatkM

by Two- and Four-Wave Mixing in BaTiO Photorefractive Crystals,» IEEE J. Quant. ElectQE-22, 1493 (1986).

69. J. Wldom, Nature 309, 312-313.70. S. Weiss, S. Sternklar, and B. Fisher, «Double Phase-Conjugate Mirror analysis

Demonstration and Applicationp.» Opt. Lett. 12, 114-116 (1987).

98

5. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕВОЛНОВЫХ ПРОЦЕССОВ В ДНК(по материалам совместной работы

с М. Ю. Масловым и В. А. Щегловым)

Марио Салерно первым начал математическое экспериментирова-ние с солитонами на ДНК не только как с формальными физическимиабстракциями, но попытался связать их поведение в одномерном про-странстве полинуклеотида с его биогенетическими, а если точнее,— сэпигенетическими функциями [1 ]. При этом он развил пионерскуюмодель уединенных волн на ДНК, предложенную Инглендером [2 ].

Эта модель (и, в последующем,— ее более развитые формы [3—16]) была описана в понятиях механических систем с цепочками ос-нований, сочетанных с упругим сахарофосфатным остовом. В непре-рывном пределе эти модели ведут к хорошо известному уравнению си-нус-Гордона или к уравнениям, близким ему, и к понятиям динами-ческих свойств ДНК, рассматриваемым в [1—16 ] и в настоящей моно-графии.

Вслед за Салерно основное внимание мы уделили реально суще-ствующим известным последовательностям ДНК в плане анализа по-ведения солитонов, инициируемых на различных участках ДНК, уча-стках, которые несут определенные функции по обслуживанию синте-за белков, и сравнению с динамикой солитонов на искусственных про-извольно заданных последовательностях.

Как уже неоднократно подчеркивалось, представляется логич-ным, что эпигенетические функции солитонов, в том числе и солито-нов, описываемых уравнением синус-Гордона, могут, в частности, за-ключаться в «считывании» последовательности ДНК и «трансляции»информации об этой последовательности во внутри- или внеклеточноепространство, что небесполезно для биосистемы. Особенно важен та-кой гипотетический процесс в актах самоорганизации хромосом послемитоза-мейоза и при репарационных процессах поврежденного генома(двойные разрывы ДНК, делеции хромосом). Такие считывающие со-литоны, образующие многоликое семейство, связанное по математиче-ской линии, могут при хромосомных аберрациях выполнять «пароль-ные функции», ориентируя торец в торец разорванные нити ДНК поих смысловой нагрузке или при дальнем взаимоузнавании «липких»концов фрагментированного полинуклеотида для последующей сшив-ки. При делеции же достаточно большого куска хроматина распозна-ние гомологичного участка парной хромосомы для вставки его на место

994*

делеции будет осуществляться уже с привлечением ассоциативно-го-лографических механизмов,которые обсуждались в предыдущих раз-делах.

Заманчиво расширить идею таких солитонных волновых маяковдо принципов биогенеза полевых матриц для безматричного синтезаполипептидов и полинуклеотидов. Это будет выход в другое измерениефункций ДНК, РНК, белков, связанное с новым видом памяти биосуб-стратов, показанное ниже по крайней мере для ДНК (фантомы ДНК).В гл. 7 приведены экспериментальные доказательства образованияфантомов молекулами ДНК и предположительные механизмы их ге-нерации. Дана также версия биофункций фантомов ДНК. Работа на-ходится в начальной стадии и требует фундаментальных исследова-ний, один из ключевых вопросов которых: каковы действительныефункции фантомов ДНК? Имеется ли связь между солитонами и фан-томами ДНК? Относительно простой модельной системой зондирова-ния возможных направлений биологического действия фантомов ДНКявляются бесклеточные ферментативные системы синтеза ДНК иРНК.

Хорошо известны обычные реакции биополимеризации ДНК иРНК с помощью ДНК- и РНК-полимераз на матрице ДНК, а такжеревертазный синтез ДНК на РНК in vitro-in vivo. В этих случаях имеяместо чисто вещественный комплементарный механизм матричной пе-редачи информации с полимера на полимер. Однако, с конца 60-х об-наружено, что репликаза фага Qb способна синтезировать определен-ные последовательности РНК без матрицы ДНК, что не укладываетсяв парадигму молекулярной биологии: ДНК -> РНК -> Белок (см.,напр., [17]). Следовательно, бесклеточная система (Qb репликаза ++ рибонуклеозидтрифосфаты) получает генетическую информациюневещественным путем. Вполне вероятно, что эти «невещественныеинформационные функции осуществляют обнаруженные нами фан-томные структуры, генерируемые всеми геноструктурами, в том числеи ДНК фага Qb. Можно полагать, что и другие ферменты синтеза нук-леиновых кислот в той или иной степени способны к акцепции фан-томных геносигналов. Если это действительно так,— открываютсяиные измерения в управлении биосистемой и скачок в социо- и био-технологии.

Однако, необходимо вернуться в жесткие рамки математическогомоделирования солитонов на ДНК, предложенного Салерно. Вводимыйим формализм базируется на положении, что вращательные движенияоснований ДНК вокруг сахаро-фосфатного остова в представленииуравнения синус-Гордона моделируют нелинейную динамику цепи yп-

руго связанных маятников, каждый из которых как осциллятор пред-ставлен канонической парой, содержащей генетическую информацию(последовательность нуклеотидов) в форме некой потенциальной фун-кции. Она отражает специфику водородных связей между парами ос-нований. Поскольку для АТ-пары водородная связь двойная, а для ГЦ-пары — тройная, получается простое правило для создания цепи, со-ответствующей последовательностям ДНК, т. е. можно зафиксироватьотношение между силой потенциальных функций AT и ГЦ пар как2:3, в то время как отношение между энгармонизмом (нелинейностью,определяемой вращением оснований) и дисперсией (сахаро-фосфат-ные упругие натяжения) находятся как свободный параметр, фикси-руемый в экспериментальных данных. В результате мы обнаружили,что различные участки естественных (природных) ДНК ведут себя поотношению к возбуждаемой на них солитонной волне не одинаково.Кроме того, в отличие от Салерно, мы зондировали естественные ипроизвольные последовательности ДНК солитонами типа бризеров(подробности см. ниже).

В модели Салерно рассматривается степень свободы (degree offreedom), характеризующая вращение оснований в плоскости, перпен-дикулярной оси спирали В-формы ДНК вокруг остова молекулы.

Такая вращательная динамика играет важную роль в функциони-ровании ДНК, поскольку в определенных случаях это приводит к рас-крытию водородных связей комплементарных пар оснований и к экс-позиции их в сферу влияния внешних лигандов. Строгие теоретиче-ские расчетные и экспериментальные данные, основанные на кинетикеи равновесных состояниях при водородно-дейтериевом обмене в рас-творах ДНК и синтетических полинуклеотидных дуплексов, дали воз-можность Салерно предложить реалистическую модель раскрытия ко-герентных подвижных сегментов ДНК. Подобные расширенные (10пар оснований и более) открытые регионы ДНК могут представлять изсебя термически активированное (при физиологических температурахбиосистем) солитонное крутильное возбуждение двойной спирали. Мо-дель этого возбуждения (движения) предполагает, что каждое основа-ние образует пару с комплементарным (стерически совместимым) ос-нованием с одинаковыми водородными связями, которые образуют уп-

ругие тормозящие силы. Вместе с тем, образуется энгармонизм этихсвязей, т. к. чередование двойных и тройных связей в последователь-ностях естественных ДНК неоднородно.

101100

102 103

104 105

занных примеров, определяет поведение солитонного возбуждения(рис. 3 и 4).

Реагируют ли другие типы солитонов на последовательность нук-леотидов? Поскольку для одной из разновидностей солитонов, т. н.бризеров (бионов), известно, что они могут равномерно двигаться, ус-коряться или замедляться вблизи неоднородностей [20 ], логично былоожидать, что неоднородности в виде чередования AT и ГЦ пар в ДНКтакже будут модулировать траектории бризеров во времени. Действи-тельно, когда мы взяли участок ДНК из 259 пар нуклеотидов (5' -> 3'концы) из того же вируса саркомы птиц, то обнаружилось, что иници-ация бризера с некоторой начальной скоростью в центральном участкевыбранного отрезка полинуклеотида вызывает модуляции в его пове-дении — изменение траектории во времени (рис. 5). Проверка этогофеномена была проведена также в модельном эксперименте. Для этогоиспользовали 240 пар нуклеотидов, в которых 120 AT пар следовализа 120-ю ГЦ парами, образуя барьер. Возбуждение проводили на этомбарьере, т. е на границе раздела AT- и ГЦ- массивов. Сразу после ини-циации бризера последний отражался от ГЦ- массива, двигался к кон-цу цепочки в сторону АТ-массива, отражался от конца цепочки (AT иГЦ концы фиксированы), вновь отражался от ГЦ-массива. Далее всеповторялось (рис. 6). Если же брали однородную последовательностьиз 240 ГЦ пар, то бризер оставался неподвижным (рис. 7). Модуляциив поведении бризера обнаружились и при возбуждении солитоннойволны на различных зонах исследуемого участка ДНК из вируса сар-комы птиц (рис. 8, рис. 9).

Модель возмущений ДНК была развита нами в том отношении,что вводились локальные возбуждения определенных участков ДНК,,в противоположность тому, что делал Салерно, вводя граничные усло-вия в виде упругого вращения всех нуклеотидов справа от начала ини-циации солитона. Задаваемые нами возмущения цепочки ДНК былиразнообразны как по форме, так и по амплитуде.

При использовании определенных начальных условий обнаружи-лось, что бризероподобные волны возникают на естественных и искус-ственных отрезках ДНК даже без точного решения уравнения синус-Гордона для бризера. Часть таких примеров приведена на рис. 9-12.

106 107

108 109

Il lпо

112 113

114 115

116 117

118 119

120 121

Обсуждение

В предшествующих главах не раз чисто умозрительно обсужда-лась идея «чтения» солитонами первичной структуры ДНК и более вы-соких уровней ее организации. В данной части работы эта мысль по-лучает определенную физико-математическую поддержку. Хотя соли-тонные волны в ДНК рассмотрены в предельно упрощенных условиях,без учета влияния структурированной на полимере «воды», которая потопологии, симметрии и метрике в своих фрактальных структурахдолжна повторять архитектонику ДНК [21 ] и каким-то образом ак-цептировать солитонное возбуждение и, вероятно, транспортироватьего по водному клеточно-межклеточному континууму. Не учтены так-же факторы модуляции солитонов гистонами, протаминами и другимибелками кариоплазмы. Не рассматриваются также и ДНК-ядерно-мембранные влияния. Это — следующие задачи, несравненно болеевысокого уровня. В рамках проведенных первичных математическихэкспериментов обозначилась и очевидная обратная задача: если соли-тоны осуществляют «запоминание» структур ДНК в своих амплитуд-но-траекторных модуляциях, то естественно считать практически воз-можной генерацию этой информации за пределы ДНК, что коррели-рует с нашими экспериментами по дистантной передаче волновых мор-фо-генетических сигналов. В математическом плане это должно найтиотображение в форме генерации солитоном последовательности нукле-отидов в адекватной (читаемой человеком) форме.

15. Muto V., Halding J., Christiansen P. L., Scott A. C, J. Biomol. Struct. Dyn., 1988, v.

5, P- 873.16. Salerno M., Samuelsen M. R., Lomdahl P. S., Olsen O. H., Phys. Lett., 1985, v. 108A,

. 241.17. Pace N. R., Bishop D. H. L., Spiegelman S., Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 1967, v. 58,

.711-71818. Chernilovsky A. P., de Lorbe W., Swanstrom R. et al., Nucl. Acid. Res., 1980, v. 8,

2967-2984.(Цит.по Хесин Р. Б., Непостоянство генома., 1984, М., Наука., с. 248.).19. Van Beveren С, Galleshaw J. A., Jonas V. et al, Nature, 1981, v. 289, p. 258-

62.(Цит.по Хесин Р. Б., Непостоянство генома., 1984, М.,Наука., с. 248.).20. Филиппов А. Т., Многоликий солитон., 1990, М., Наука., «Квант», вып.48.21. Бульенков Н. А., Биофизика, 1991, т. 36, в. 2, с. 181-243.

123

ЛИТЕРАТУРА1. Salerno M., Phys. Rev. A., 1991, v. 44, N 8, p. 5292-5297.2. Englander S. W., Kallenbach N. R., Heeger A. J., Krumhansl J. A., Litwin S., Proc

Natl. Acad. Sci. USA, 1980, v. 77, p. 7222.3. Yomosa S., J. Phys. Soc. Jpn., 1982, v. 51, p. 3318; 1983, там же, v. 52., p. 1866.

4. Takeno S., Homma S., Prog. Theor. Phys., 1983, v. 70, p. 308.5. Yomosa S., Phys. Rev. A., 1983, v. 27, p. 2120; 1984, там же, v. 27, p. 474.6. Homma S., Takeno S., Prog. Theor. Phys., 1984, v. 72, p. 679.7. Chung-Ting-Zhang., Phys. Rev. A., 1987, v. 35, p. 886.8. Fedyanin V. K., Yakushevich L. V., Stud. Biophys., 1984, v. 103, p. 171.9. Yakushevich L. V., Stud. Biophys., 1987, v. 121, p. 201.10. Polozov R. V., Yakushevich L. V., J. Theor. Biol., 1988, v. 130, p. 423.11. Yakushevich L. V., Phys. Lett., 1989, v. A136, p. 413.12. Krumhansl J. A., Alexander D. M., In - Structure and Dynamics: Nucleic Acids an(

Proteins, 1983, ed. E. Klementi and R» H. Sarma (Adenine, New-York,), p. 61.13. Balanovski E., Baconsfield P., Phys. Lett., 1982, v. 93A, p. 52; Phys. Rev., 1985, v

A32, p. 3059.14. Scott A. C, Phys. Rev., 1985, v. A31, p. 3518; Phys. Scr., 1985, v. 32, p. 617.

122

Часть 2.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕИССЛЕДОВАНИЯ

1. ЛАЗЕРНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ ДНК. РАЗВИТИЕ МЕТОДА

1.1. Общие принципы светорассеяния

В оптике рассеяние и поглощение волн в неоднородных средахпервоначально рассматривалось с позиции классической фотометрии.В дальнейшем стали применяться методы теории вероятности и клас-сической, а затем и квантовой электродинамики.

В большинстве случаев параметры неоднородной среды являютсяслучайными функциями времени и пространства. Электромагнитноеполе, распространяющееся в такой среде, является случайной функ-цией, даже если излучение источника детерминировано.

Основными характеристиками рассеянного излучения в исследо-ваниях является его интенсивность и поляризация [16], а также авто-корреляционные и спектральные функции (они взаимно связаны пре-образованиями Фурье) флуктуаций интенсивности рассеянного света[20,4].

Большинство используемых в настоящее время моделей светорас-сеяния растворами макромолекул теоретически обосновано сравни-тельно давно [16]. Существенно, что эти модели часто строятся напринципах теории молекулярного рассеяния, полагающей, что рассе-яние света происходит на малых оптических неоднородностях среды.

Такими неоднородностями могут быть не только флуктуацииплотности и концентрации, но и сами молекулы полимеров. При учетевзаимодействия молекул в растворе рассматривают рассеяние света нафлуктуациях диэлектрической постоянной раствора. При этом прини-мается [20 ], что размеры оптических неоднородностей малы по срав-нению с длиной волны света, а их показатель преломления мало отли-чается от показателя преломления окружающей среды [16 ]. Так, при-водятся размеры молекул, составляющие 1/20 длины волны света, длякоторых справедливы основные формулы, описывающие светорассея-

ние [16, 10]. В этом случае возможно определение среднего молеку-лярного веса растворенного вещества.

Если, однако, коэффициент поляризации растворенных молекулбольше, чем у растворителя, то должно быть принято во внимание, чтокоэффициент рассеяния частиц станет функцией анизотропии, а длябольших молекул возникает деполяризация, не зависящая от анизо-тропии [16].

В большей части практически важных случаев размеры полимер-ных молекул сравнимы с длиной волны возбуждающего света или дажебольше ее (в 10 раз и более для ДНК); и в этом случае модель рассе-яния неприемлема. Если при этом разность показателей преломлениярастворенных молекул и растворителя остается малой, задача о рассе-янии становится похожей на задачу о рассеянии рентгеновских лучейпод малыми углами [10]. При этом коэффициент рассеяния частицыполимера будет зависеть от формы и размера неоднородности, и замет-ную роль начинает играть интерференция.

Дебаем было получено выражение для функции внутримолеку-лярной интерференции света, что дает возможность в некоторых слу-чаях рассчитать молекулярную массу и гидродинамический радиусмакромолекул, задавшись предположениями об их форме.

Вопросы аномальной поляризации в растворах больших молекул,а также связанные с рассеянием света в растворах молекул, которыемоделируются клубками распределенных звеньев, не подчиняющихсястатистике Гаусса, не рассматриваются в фундаментальной теории[16]. Также не рассматриваются в ней случаи, когда коэффициентпреломления неоднородности велик по сравнению с показателем пре-ломления окружающей его среды.

В 70-е годы были предприняты первые попытки «числового экспе-римента» [11 ]. Было показано экспериментально [17], что измерениевремени корреляции или ширины спектра флуктуаций интенсивностирассеянного света позволяет определить размер рассеивающих частиц,если он не превышает 2 мкм , однако границы применимости исполь-зованного подхода остались невыясненными. Там же отмечен, но необъяснен, эффект нарушения соответствия теории и эксперимента припереходе к рассеянию в малых углах. Не рассматривалась возможностьвосстановления функции распределения по размерам полидисперсногоансамбля рассеивающих частиц. В предложенной модели содержитсямного допущений, в частности,— учет только однократного рассеяния.

В более современной литературе [5, 20 ] имеется анализ различ-ных приближений, дающих возможность при выполнении определен-ных условий рассчитать характеристики рассеянного излучения и ре-

125124

шить обратную задачу светорассеяния. Нередко отмечается полуколи-чественное согласие с опытом теории растворов полимеров и рассмат-риваются границы приемлемости тех или иных допущений [4 ]. Так,использование метода асимметрии, теоретически обоснованного Зим-мом [20], и его модификаций предполагает предварительное знаниетого, с каким типом частиц имеют дело в данном эксперименте (этоопределяет выбор параметра для интерпретации результатов), а такжеточное соответствие индикатрисы рассеяния раствора этому парамет-ру. Форма индикатрисы рассеяния растворов полимеров обусловленатакже рядом свойств ансамбля рассеивающих макромолекул (полидис-персность или разветвленность) и специфичностью их взаимодействияс растворителем [10, 2]. Как правило, эти свойства заранее неизвестны.

Метод двойной экстраполяции, предложенный Зиммом [16, 10,20 ], в большей степени свободный от ограничений и недостатков, присущих методу асимметрии, требует более сложной аппаратуры и даетвозможность определять лишь средние размеры макромолекул, не по-зволяя судить о форме частиц. К тому же, этот метод предусматриваетизмерение ряда концентраций раствора полимера, что исключает возможность отслеживания динамики одного конкретного образца, либообразца с высокой концентрацией ДНК (близкой к нативной), чтопредставляет несомненный интерес.

1.2. Флуктуационная спектроскопия полимеров

В течение последних двадцати лет в изучении свойств макромо-лекул развивается направление, основанное на определении спект-ральных характеристик квазиупругого рассеянного изучаемой систе-мой света по спектру (либо корреляционной функции) флуктуацийинтенсивности регистрируемого излучения. Это позволяет получитьбольше сведений о физических характеристиках макромолекул и ихрастворов, а в некоторой степени — и о внутримолекулярной динами-ке [4, 8 ]. В то же время возможность измерения коэффициента диф-фузии некоторых макромолекул описана у других авторов [1, 16, 10],не рассматривавших методы флуктуационной спектроскопии полимеров.

Раньше этот раздел спектроскопии светорассеяния называли ме-тодом оптического смешения [4, 20 ]; в более поздних работах его ста-ли выделять в лазерную корреляционную спектроскопию (ЛКС) [8].,

Если разрешающая способность классической спектроскопии с ис-пользованием интерферометров ограничивается размером последних ли

126

Вычисление средней интенсивности света, рассеянного растворомполимера, связано, как указывалось выше, с представлением о рассе-янии на флуктуациях концентрации макромолекул. При этом игнори-руется развитие отдельных флуктуаций, которые рассматривают какзастывшие во времени, между тем как последние непрерывно рассасы-ваются и вновь возникают вследствие диффузий частиц и конформа-ционной динамики [2 ].

Флуктуационная спектроскопия базируется на двух предпосыл-ках: на возможности представить флуктуации концентрации в видепространственного ряда Фурье (Эйнштейн) и на отождествлении теп-лового движения в жидкостях с суперпозицией гиперзвуковых волнвсевозможных направлений и длин (Дебай). Объединение двух ука-занных предпосылок в единую физическую картину (Бриллюэн, Ман-дельштам) привело к представлению о механизме рассеяния света вжидкостях как об отражении света от фронта когерентных гиперзву-ковых волн, что приводит к частотной модуляции рассеянного света

127

Распределение интенсивности в рассеянном свете по частотамприближенно определяется соотношением Лоренца:

Конформационная динамика макромолекул [6 ] тоже проявляетсяв спектре рассеянного света [4 ]. Прежде всего, волны, рассеянные раз-личными частями одной макромолекулы, интерферируют друг с дру-гом и изменение конформации или ориентации макромолекулы меня-ет амплитуду рассеянной световой волны. Считается, что этот эффектможет быть заметен тогда, когда размер рассеивающей частицы срав-

.ним с длиной волны используемого излучения (точнее,— с величиной,обратной переданному волновому вектору — q) [4 ].

Сказанное не относится к оптически анизотропным молекулам. Вэтом случае изменения ориентации молекул всегда будут влиять наинтенсивность рассеяния. Рассеяние, связанное с переориентацией мо-лекул (что приводит к флуктуациям диэлектрической постоянной),получило название рассеяния крыла линии Рэлея [16]. Оно имеетспектр, подобный спектру рэлеевского рассеяния, но гораздо более ши-рокий [19].

Конформационная динамика макромолекулы также модулируетее коэффициент диффузии Dt [4, 2 ]. Диффузионное уширение равнообратному времени перемещения частицы на расстояние 1/д.

Разделение влияния внутренней динамики на модуляцию рассеи-вающей способности макромолекул и модуляцию их коэффициентадиффузии носит качественный характер. Строгий подход заключаетсяв описании состояния макромолекулы функцией распределения, зави-сящей от всех ее координат. Изменение этой функции во времени оп-ределяется обобщенным уравнением диффузии, решения которого це-ликом описывают как трансляционную, так и внутреннюю динамику[8].

Считается, что спектр рассеянного света является суммой лорен-цевских кривых вида [7 ]:

128 5-187 129

К сожалению, проблема декомпозиции спектра на сумму лорен-цевских кривых относится к очень широко распространенному классунекорректных обратных математических задач [8 ]. Осознание воз-можностей приложения известной математической процедуры — т. н.метода регуляризации [14] для обращения интегрального уравнениявозникло лишь недавно [4 ], а до тех пор большинство исследователейпыталось обойти эту проблему, задаваясь априорными представления-ми о виде искомого решения А (Г). Указывается [4, 8] малая инфор-мативность, а иногда и несостоятельность некоторых алгоритмов ана-лиза спектра и дается обсуждение новых, например,— метода куму-лянтов. В некоторых источниках [20] вообще не анализируется этотподход. Также отмечается доступность ДНК как объекта для изучениявнутримолекулярной динамики благодаря большой (по отношению кее диаметру) персистентной длине, что позволяет рассматривать ее вприближении хорошо моделируемого гауссова клубка, хотя количест-венных данных, относящихся к внутренней динамике ДНК, получитьеще не удавалось.

Сообщается о модификациях метода, основанных на наблюденииэффектов, связанных с «негауссовостью» статистики регистрируемо-го излучения [8 ]. Регистрация этих эффектов позволяет определитьспектр флуктуаций интенсивности света, рассеянного отдельной час-тицей. Так как трансляционное движение модулирует фазу, но не ин-тенсивность рассеянной волны, этот спектр формируется только внут-ренней (и ориентационной) динамикой рассеивающей частицы. Этимодификации метода, наряду с методом взаимной корреляции [8 ], по-

линии, зависящая от угла рассеяния; А, В — параметры ап-проксимации.

Для извлечения максимума информации о внутренней динамикемолекул лучше всего было бы разложить регистрируемый спектр на со-ставляющие его лоренцевские контуры. Из анализа публикаций поэтой теме можно заключить, что на сегодняшний день не существуетединого подхода к этой процедуре.

Для гомогенных систем различные авторы рассматривают приб-лижения указанной суммы одним [20 ], двумя [7 ], и большим числом[4, 8 ] контуров. По-разному также трактуется природа этих вкладов,зависящая как от состояния рассеивающей системы, так и от конкрет-ной реализации метода измерений параметров рассеянного излучения.

Для гетерогенных систем спектр приобретает вид интегрального

зволяющим осуществить вычитание из полного спектра гауссовой со-ставляющей, считаются наиболее перспективными.

Большого прогресса в исследованиях светорассеяния следует ожи-дать в связи с развитием вычислительной техники и численных мето-дов. В 80-е годы появились сведения о применении при обработке экс-периментальных данных, полученных методом светорассеяния, новей-ших проблемно-ориентированных программных продуктов. Например,«CONTIN», часто упоминаемый в литературе 127 ], представляет со-бою гибкую, модель-независимую экспертную систему для статисти-ческого анализа. В настоящий момент имеется развитая система про-грамм, дающая удовлетворительное решение обратной задачи свето-рассеяния [9 ]. Важно подчеркнуть, что современная лазерная корре-ляционная спектроскопия немыслима без наличия достаточно мощныхвычислительных средств, реализующих указанную процедуру анализа.

1.3. Зондирующее поле внутри рассеивающих частиц

На фоне разнообразия мнений по вопросам, связанным со спект-роскопией оптического смешения, интересно выглядят работы, выхо-дящие за рамки традиционно сложившихся подходов [11 ]. Например,обычно при построении модели рассматривались только характеристи-ки рассеянного излучения в волновой зоне, т. е. на расстоянии, значи-тельно превышающем размеры частиц. Сведения о структуре полейвнутри частиц практически отсутствовали, решение задач о взаимо-действии оптической радиации с частицами проводилось на основе уп-рощенных представлений, полагающих поле внутри частиц однород-ным. Это вполне характерно для аналитических моделей, не могущихпозволить себе учет таких «тонкостей».

Однако, числовые эксперименты показали [11], что получаемыйэффект взаимодействия лазерного излучения с различными объектамизависит в значительной мере от того, каким образом эта энергия рас-пределяется внутри облучаемого объекта. Показано, что при взаимо-действии потока энергии с веществом в ограниченном объеме внутрипрозрачных частиц происходит концентрация его в отдельных точках.Сообщается, что даже незначительные изменения показателя прелом-ления вещества частицы оказывают сильное воздействие на величинуи распределение интенсивности излучения (при увеличении п на 0,4%распределение интенсивности в отдельных точках изменяется в 1,6-1,7 раза). Максимальная плотность мощности в некоторых точкахвнутри крупных непоглощающих частиц может превышать таковую в

130

падающем на них пучке света примерно в 30 — 35 раз, что значитель-но увеличивает вероятность появления нелинейных эффектов, в част-ности,— акустических волн.

Исследования последних лет посвящены не столько изучениюобъектов различной природы, сколько изучению возможностей методаи поиску подходящей модели, а также повторяемости результатов.

Тема низкочастотных акустических колебаний в растворах поли-меров прямо или косвенно затрагивается почти в каждой публикациипоследних лет, посвященной спектроскопии оптического смешения(Dynamic Light Scattering). При этом авторы единодушны в том, чтони одна модель из многих анализируемых [27, 21 ] не согласуется сэкспериментами с достаточной точностью или универсальностью.

Например, наиболее часто применяемая модель Роуза-Зимма [2 ],не учитывающая гидродинамического взаимодействия между частямимакромолекул и их изгибную жесткость, далеко не всегда дает прием-лемый результат. Между тем, гидродинамическим взаимодействиямотводится не последняя роль в формировании жидкокристаллическойструктуры полимера [22, 23 ]. Такая структура, либо хаотически пе-реплетенная полимерная цепь, может функционировать как целое вкачестве перестраиваемого акустического резонатора [22], свойствакоторого достаточно необычны и сложны, причем регистрируемые аку-стические колебания, конечно, не описываются лоренцевским спект-ром. Возможная роль акустических резонансов в функционированиимакромолекул еще далеко не изучена [24 ].

Другие крупные нарушения соответствия модели светорассеянияи экспериментальных данных [18 а,б] предполагают наличие в изуча-емых объектах структурных перестроек, не сводящихся к конформа-ционной динамике молекул. Подобные процессы, описанные для низ-комолекулярных соединений, в случае биологических макромолекултакже еще не изучены.

Несомненно, что высокочувствительный невозмущающий методоптического смешения найдет себе еще немало приложений в биоло-гических исследованиях.

5* 131

2. РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДА ОПТИЧЕСКОГО СМЕШЕНИЯ

2.1. Теоретические основы метода

133132

2.1.2. Спектр самобиений (гомодинный спектр)

Рассмотрим случай гомодинного приема оптического сигнала илислучай, в котором получается спектр самобиений исследуемого света.При этом на фотоприемник попадает только свет, спектральный составкоторого мы хотели бы знать.

Рассмотрим оптическое поле, имеющее спектральную ширину,определяемую гауссовски случайным процессом. Это поле характери-зуется автокорреляционной функцией

134

Для этого случая корреляционная функция фототока становится

равной

Спектр фототока содержит три компоненты. Первое слагаемое ввыражении (4) представляет собой дробовой шум, который возникаетиз-за вероятностного характера процесса испускания фотоэлектронов.Второе слагаемое является постоянным током, протекающим через фо-

135

тодетектор. Третий член содержит в себе информацию о спектре ис-следуемого сигнала. Интересно сравнить эту последнюю часть выраже-ния (4) со спектром оптического поля. Видно, что спектр фототокаимеет лоренцевский вид так же, как и спектр оптического сигнала. От-личие состоит лишь в том, что полуширина оптического поля в два ра-за меньше полуширины спектра фототока и что весь спектр фототокасмешается в низкочастотную область. Максимальное значение спектра

2.1.3. Гетеродинный спектр

Существует и другой способ получения оптического сигнала. Поаналогии с радиотехническими терминами его называют методом оп-тического гетеродинирования. В этом методе на светочувствительнуюповерхность фотодетектора, кроме исследуемого сигнала, подаетсясвет гетеродина — источника с очень узким спектром.

136 137

Воспроизведение оптического спектра в спектре фототока являет-ся основным преимуществом гетеродинной схемы детектирования.Главный ее недостаток — необходимость идеального оптического со-гласования по фазе волновых фронтов гетеродинного луча и исследу-емого оптического сигнала (такое же, как в тщательно юстированноминтерферометре).

2.2. Вопросы методики

2.2.1. Спектры рассеянного света с частичнымгетеродинированием

На практике иногда применяют комбинированную схему измере-ний, когда интенсивность гетеродинного луча может варьироваться,осуществляя тем самым переход от гетеродинной к гомодинной (приотсутствии опорного луча) схеме.

С другой стороны, эффект паразитного рассеяния от стенок кюве-ты с образцом, регистрируемого на фотоприемнике, также может бытьквалифицирован как нарушение гомодинности.

От учета этих промежуточных случаев зависит правильность ин-терпретации измеренных спектров. Если спектр фототока, возбуждае-мого светом, подчиняющимся гауссовой статистике, и гетеродиннымлучом, записать, сохраняя гомодинный и гетеродинный члены, то по-лучится выражение:

ботка их с использованием аппроксимирующей функции, состоящейиз суммы гомодинного и гетеродинного членов, показало возможностьправильного определения полуширины спектра рассеянного света дажепри наличии паразитного рассеяния [7 ].

2.2.2. Аппаратные ограничения

Без приведения расчетов уместно отметить несколько важных мо-ментов реализации метода оптического смешения.

Использование реальных источников когерентного излучения ненакладывает существенных ограничений на возможности метода. Так,указывается, что флуктуации фазы (частоты) источника возбужденияне влияют на спектр фототока гомодинного сигнала, а в случае гете-родинного — не влияют, если в качестве гетеродинного луча исполь-зуется часть излучения источника возбуждения.

Одночастотный лазер с доступной стабильностью (флуктуациямиамплитуды излучения порядка 20% ) может использоваться в качествеидеального монохроматического источника возбуждения рассеянногосвета, так же как и многомодовый лазер.

Отношение сигнал/дробовой шум на выходе фотоприемника за-висит от поверхности фотодетектора, размеры которой оптимизируют-ся для каждой конкретной схемы измерений. На выходе спектроана-лизатора это отношение определяется как мощностью излучения, таки временем измерений.

Подробный анализ этих и других вопросов имеется в литературе17].

2.2.3. Интерпретация спектров

Как указывалось выше, интерпретация спектральных кривых, вособенности тех, которые соответствуют полидисперсным объектам,представляет собой трудноразрешимую задачу. Одна из причин это-му — множественность спектральных контуров, составляющих огиба-

ющую спектра.В работе М. А. Ивановой [4 ] приводится соотношение, дающее

возможность вычислить средневзвешенную полуширину спектра:

и получить при этом приемлемое согласие с экспериментом.

138

2.3. Изучение плазмидной ДНК

2.3.1. Объект исследования

В данной работе в качестве объекта исследования использованыплазмиды pBR322 (длина 5, 6 т. п. н.) и pVZ361 (11,4 т. п. н.). Обра-ботка этих плазмид эндонуклеазой рестрикции BamHI позволяет из-менить их конформацию с кольцевой замкнутой формы (сверхскру-

ченная или релаксированная) на линеаризованную.

2.3.2. Обработка эндонуклеазами рестрикции

Линеаризацию плазмид pBR322 и pVZ361 осуществляли с по-мощью эндонуклеазы рестрикции BamHI по стандартной методике.

139

2.3.4. Получение и обработка данных

Перед началом каждого эксперимента после прогрева лазера про-водили измерение общей индикатрисы рассеяния, по виду которойконтролировали работоспособность измерительного комплекса. Кюве-ту с изучаемым образцом устанавливали в термостатируемый свето-непроницаемый стальной бокс, и также по общей индикатрисе рассея-ния контролировали правильность установки кюветы и готовностькомплекса.

Для каждого образца флуктуации интенсивности рассеянного све-та измеряли при различных углах рассеяния с шагом 3° в диапазоне35—160 градусов. Для получения спектра с высоким разрешением (вдиапазоне ~ 1 Hz) эксперименты ставили отдельно для каждого образ-ца и флуктуации интенсивности набирали на конкретно выбранныхуглах рассеяния.

В пределах одной серии выделения и рестрикции ДНК препараты,соответствующие кольцевой и линеаризованной форме каждой изплазмид (pBR322 или pVZ361), анализировали в условиях одного экс-перимента.

Накопленные данные впоследствии обрабатывались на СМ-1420пакетом проблемно-ориентированных программ для гармонического икорреляционного анализа (автор программ — С. В. Дзекунов).

Параметры спектров и корреляционных функций в численном ви-де переносили с распечаток на персональную ЭВМ серии AT (ввидуаппаратной несовместимости СМ-1420 с 16-разрядными ЭВМ) длядальнейшей обработки с помощью авторских программ. Указанная об-работка для каждого спектра включала в себя следующее:

а/ аппроксимацию по методу наименьших квадратов эксперимен-тальных значений к зависимости, определяемой формулой (6) (п.2.2.1);

б/ определение полуширины спектра Г и параметра £;в/ повторение процедуры а/ для случая кривой лоренцевского ви-

да — формула (4) (п. 2.1.2);г/ определение средневзвешенной полуширины спектра по соот-

ветствующей корреляционной функции — формула (7) (п. 2.2.3);д/ построение угловой зависимости усредненной полуширины

спектра для каждого из приближений;е/ вычисление соответствующего коэффициента трансляционной

диффузии по формуле:

141140

в таблице 1. Усредненные результаты расчета полуширины спектровполучены обработкой -5 измерений на одном углу рассеяния каждогообразца из одной серии выделения ДНК. Результаты двух серий выде-ления препаратов ДНК также усреднены между собой.

Угловая зависимость полуширины спектра, рассчитанной по фор-муле (4), для каждого типа ДНК показана на рис. 3. Там же отмеченысоответствующие этим зависимостям (формула 8) коэффициенты диф-фузии макромолекул. Показатель преломления растворителя принятравным показателю преломления стекла п = 1,52 [11].

143142

Таблица 1.

Параметры плазмидной ДНК

На рисунке 4 представлены аналогичные результаты для случаярасчета полуширины спектра по формуле (7). Значения коэффициен-тов диффузии для обоих вариантов расчета сведены в таблицу 2.

Полученные значения соответствуют по порядку величины при-водимым в литературе [27 ] с учетом размера молекул и повышеннойконцентрации ДНК в образцах [2 ].

Там же [27 ] приводятся соотношения Броэрсма, которые были ис-пользованы для оценки полученных результатов. Они связывают ко-эффициент диффузии D длинной жесткой макромолекулы с ее контур-ной длиной L и диаметром d:

Оба метода обработки показывают, что коэффициент диффузиисуперспирализованных молекул ДНК обратно пропорционален ихконтурной длине (сравнение pVZ361 и pBR325), а также его уменьше-ние для плазмиды pBR325 при переходе плазмиды в линейную кон-формацию (разрыхление). Интересно при этом выглядит «неожидан-ное» возрастание коэффициента диффузии молекул плазмиды pVZ361.Этот эффект может быть результатом изменения характера укладки

145144

молекул ДНК (или их сегментов) в жидкокристаллической фазе, про-исходящем в ходе превращения кольцевой формы в линейную.

Упаковка молекул ДНК в жидкокристаллической фазе, наиболеесоответствующей нативной ДНК в составе хромосом, изучен слабо [13,3 ], а в литературе не имеется сведений о жидких кристаллах, образо-ванных веществами с молекулярной массой >106. В работе В. И. Са-лянова с сотрудниками [13 ] отмечается, что в настоящее время дока-зана жидкокристаллическая природа фазы, образуемой кольцевымисуперспиральными ДНК. Идентификация ее типа пока затруднитель-на, но отнесение ее к нематикам или холестерикам маловероятно. Ис-следования, выполненные на плазмидах различного размера, показа-ли, что структура суперспиральной ДНК может перестраиваться в от-вет на действие биологически активных соединений. Показано, что поддействием эндонуклеаз рестрикции образующиеся линейные молеку-лы ДНК pBR322, несмотря на относительно высокую молекулярнуюмассу (2,88*106), образуют жидкокристаллическую фазу классическо-

го холестерического типа.При этом очень существенно, что данной способностью не обла-

дают молекулы с молекулярной массой выше некоторой граничной,которая равна — 4x106

Линеаризованные плазмиды с исходно высокой (~ 107 ) молеку-лярной массой обнаруживали жидкокристаллический характер уклад-ки лишь после продолжительного воздействия эндонуклеазами, в ре-зультате которого образовывались фрагменты с размером ниже крити-ческого.

Таким образом, линеаризация плазмидной ДНК pVZ361 можетвызвать разрушение жидкокристаллической структуры неопределен-ного типа и свойственного ей дальнего порядка, сопровождающеесявозрастанием коэффициента диффузии.

С целью характеризации микроокружения молекул ДНК для экс-периментальных значений коэффициентов диффузии по соотношению(9) была рассчитана величина вязкости ц. Для кольцевых cyперспи-ральных плазмид значение микровязкости составило величину —10-2

Это значение является промежуточным между вязкостью воды и сред-ней вязкостью биологической мембраны [12].

В связи с изложенной версией уместно дать оценку микрострук-туры растворов плазмидных ДНК.

Пусть р — масса полимера в единице объема, М — его молеку-лярная масса, Na — число Авогадро. Тогда число молекул в этом объ-еме выразится величиной V:

146

Для решения вопроса об отнесении структуры раствора к жидко-кристаллическому типу следует учесть следующее. В концентрирован-ных растворах эффект исключенного объема сказывается в стремлениимолекул расположиться в одном направлении, что сопровождаетсяувеличением нематической фазы, если эффект недостаточно выражен.Такой же эффект наблюдается и в изотропной области, где межмоле-кулярное взаимодействие стремится ориентировать молекулы в мик-роскопическом масштабе. Это «упорядочение малого порядка»,получившее название «допереходного эффекта» (pretransitional effect),возрастает с ростом концентрации и обуславливает различные анома-лии физических свойств изотропных растворов вблизи от переходнойточки.

Вошедший в таблицу 3 гидродинамический радиус молекул лине-аризованных плазмид рассчитан по соотношению ,основанному наперсистентной длине Р и контурной длине К молекулы:

147

Вероятно, незамкнутые молекулы плазмиды pBR325 могут прииспользованной концентрации 1 мг/1,5 мл быть описаны моделью пе-рекрывающихся клубков, для которых еще выполнимы соотношенияразбавленных растворов, тогда как для линеаризованных плазмидpVZ361 более адекватна модель сильно спутанных клубков. В послед-нем случае измеряемый коэффициент диффузии соответствует эффек-тивному коэффициенту кооперативной диффузии, который не имеетотношения к собственной диффузии макромолекулы, как целого —среди других цепочек полимера, и который возрастает с ростом кон-центрации раствора [2 ].

Как уже неоднократно отмечалось выше, считается, что рассеян-ный свет несет в себе всю информацию о конформационной динамикемакромолекул. Проблема получения этой информации сводится к де-шифровке сигнала на фотокатоде, являющегося суперпозицией многихчастотномодулированных колебаний. Эта задача неразрешима просты-ми методами.

Однако нередко эта информация оказывается относительно до-ступной. Так, почти все анализированные здесь спектры, подобно при-веденному на рис. 1, имели выраженную «дискретность» в масштабечастот —1 Hz. В силу свойств преобразования Фурье, это говорит о пе-риодичности исходного сигнала с характерными временами, отвечаю-щими ограниченным конформационным переходом макромолекул.

Еще один не встречающийся в литературе подход состоит в оценкевклада эффекта Доплера в сдвиг частоты рассеянного излучения. В те-ории радиоэлектроники этот сдвиг частоты характеризуется индексоммодуляции — величиной, равной отношению девиации частоты к ча-стоте модулирующего воздействия. Несложный расчет показывает, чтов случае, когда эффект Доплера обусловлен колебательным движени-ем атомов и их групп с характерными высокими частотами (и, соот-ветственно, мгновенными скоростями, на которых ощутим вклад эф-фекта) , индекс модуляции оказывается достаточно мал. В этом случаеспектр колебания, модулированного по частоте (фазе) будет стремить-ся к спектру амплитудно-модулированного колебания, который предо-ставляет более наглядную информацию о процессе, так как он, в своюочередь, подобен спектру модулирующего сигнала.

ЛИТЕРАТУРА

1. Волькенштейн М. В., Ельяиювич М. А., Степанов Б. И., Колебания молекул.,1949, Т. 2. Электрооптика колебаний молекул. Москва-Ленинград, Гостехиздат.

2. Гросберг А. Ю., Хохлов А. Р., Статистическая физика макромолекул., 1978, Мо-сква, «Мир».

149

Учет свойств ДНК как сильнозаряженного полиэлектролита (вбессолевом растворе) показывает увеличение жесткости полимернойцепи, имеющее место вплоть до масштабов, которые существенно пре-вышают дебаевский радиус экранирования. Это эквивалентно увели-чению персистентной длины молекул [2 ]. Как следствие этого, моле-кулы сильно растягиваются на малых масштабах, а на больших при-обретают клубкообразную структуру. Расстояние между соседнимицепями двойных спиралей ДНК в таком растворе имеет порядок деба-евского радиуса. Очевидно, что понятие гидродинамического радиусав этом случае теряет смысл.

Можно предположить, что для суперспирализованных плазмидучет кулоновского взаимодействия дает, помимо дополнительного по-вышения жесткости стержней, моделирующих механику ДНК, болеесущественный вклад в увеличение их эффективного диаметра, чем вих дезориентацию при данной концентрации. Возрастание эффектив-ного диаметра стержней делает более выраженным эффект исключен-ного объема, а следовательно и «допереходный эффект».

148

2.4. Изучение животной ДНК различной молекулярной массыи концентрации

2.4.1. Постановка задачи

Интерес к исследованию флуктуационной динамики ДНК в рас-творе методами лазерной корреляционной спектроскопии обусловлен, содной стороны, желанием изучить поведение ДНК в условиях, близ-ких к условиям ее функционирования в живой клетке с целью понятьее биологическую функцию [1, 2], а с другой стороны,— перспектив-ностью ДНК как модельной макромолекулы для изучения общих за-кономерностей физики полимеров в растворе [3 ]. Последняя возмож-ность возникла сравнительно недавно благодаря развитию методов ге-нетической инженерии, дающих уникальную возможность получатьрестрикты ДНК строго определенной длины и последовательности. Ксожалению, методы выделения фрагментов ДНК строго определеннойдлины, развитые молекулярными биологами, пока еще не позволяютполучать их в достаточном количестве, необходимом для изученияконформационной динамики полуразбавленных и концентрированныхрастворов. Между тем, для понимания механизмов функционированиябиосистем на молекулярном уровне наибольший интерес представляетповедение ДНК при более высоких, чем в разбавленных растворах,концентрациях, соответствующих режимам, начиная от полуразбав-ленного раствора, когда отдельные независимые клубки макромолекулперекрываются и перепутываются, и до концентрированного раствора,когда возможно локальное появление более плотной упаковки с мик-роструктурой жидкого кристалла, которая характерна для ядер клеток.Поскольку при этом начинают проявляться кооперативные эффекты,то именно в этом случае наиболее естественно ожидать проявлениясвойств самоорганизации в форме спонтанного возникновения относи-тельно долгоживущих структур с дальними пространственно-времен-ными корреляциями.

Следует отметить, что до настоящего времени основное вниманиеуделялось исследованию разбавленных и сильно разбавленных раство-ров ДНК [4—6], тогда как концентрированные растворы изученыочень слабо.

Хотя для случая сильно разбавленных растворов рестриктных мо-нодисперсных фрагментов ДНК систематические исследования флук-туационной динамики методом спектроскопии корелляции фотоновпроведены в группе Роберта Пекоры [4—6 ], тем не менее, в литера-

151150

туре имеется лишь малое количество экспериментальных работ, по-священных изучению более концентрированных растворов ДНК.

Целью настоящей работы было изучение флуктуационной дина-мики растворов ДНК методом лазерной корреляционной спектроско-пии в режиме разбавленных и полуразбавленных растворов при неко-торых изменениях физических условий. При этом особое вниманиеуделялось исследованию эффектов, возникающих при переходе от раз-бавленного раствора к полуразбавленному. В качестве объектов иссле-дования были выбраны образцы растворов двух существенно различа-ющихся по длине фрагментов ДНК: длинных (со средней длиной 25000пар оснований) и коротких (со средней длиной 450 пар оснований).

2.4.2. Экспериментальные результаты

Мы провели оценку ожидаемых параметров микроструктуры при-готовленных растворов ДНК. Поскольку использованный в экспери-

152 153

Переход от разбавленного раствора к полуразбавленному прово-дили двумя различными способами: за счет изменения концентрацииДНК в растворе (С) при постоянной длине фрагмента ДНК и путемизменения длины фрагмента при постоянной концентрации ДНК.Оценки по формуле (2) для фрагментов ДНК, использованных в ра-боте, дают следующие значения критической концентрации: Ссг —= 0,12 мг/мл — для длинных фрагментов и 3,5 мг/мл — для коротких.

В случае растворов длинных фрагментов ДНК измерения времен-ных автокорреляционных функций (АКФ) интенсивности рассеянногоизлучения выполнены для набора концентраций (0,1; 0,56; 1,0; 2,0;3,0; 4,0; 5,0; 8,0 мг/мл) при температурах раствора 25 и 60° С и призначениях угла рассеяния 35 и 70°. В случае раствора коротких фраг-ментов — измерения проведены для одного значения концентрации4 мг/мл. Для раствора длинных фрагментов ДНК при концентрацияхот 1 мг/мл и выше обнаружены слабозатухающие квазипериодическиеколебания на частотах вблизи 8, 11, 16, 27 и 32 Гц при использованиипрямоугольной кюветы и вблизи 100Гц, когда измерения проводили вЦилиндрической кювете. При наблюдении АКФ в последовательныемоменты времени с интервалом 30—40 сек. выявляется характерная

изменчивость колебательных паттернов, особым признаком которыхявляются повторы различающихся АКФ через приблизительно равныевременные периоды (изоморфизм типа А; более детально о явленииизоморфизма АКФ см. ч. 2, гл. 1.). Типичной и наиболее часто наблю-даемой частотой возврата АКФ ДНК, и не только для эритроцитарной,является частота 16 Гц, при этом типично ее устойчивое существова-ние в широком диапазоне концентраций и степени полимерности. Од-нако, нижний предел длины фрагментов ДНК для выявления квазипе-риодических колебаний ее растворов, вероятно, существует. Это обна-руживается уже в том факте, что не удается зафиксировать такие ре-жимы динамики полимера для коротких фрагментов с коцентрацией4 мг/мл, в то время как для длинных фрагментов и высокополимерныхДНК эти режимы характерны. Кроме того, установлено, что вид АКФстабилен при изменениях угла рассеяния, варьирует только амплитудаАКФ. Это говорит о регистрации длинноволновых флуктуаций плот-ности растворов с масштабом флуктуаций большим, чем характерныйразмер клубков ДНК. Еще одно примечательное качество динамиче-ских паттернов АКФ ДНК — высокая чувствительность к слабымвнешним возмущениям, например,— влиянию излучения ФПУ-гене-ратора (см. гл. 4., ч. 1) и к условиям подготовки образцов биополи-мера.

На рис. 1. представлены фурье-спектры АКФ лазерного излуче-ния, рассеянного на растворах длинных фрагментов ДНК при различ-ных значениях концентрации. Начиная с концентрации 2 мг/мл, по-является аномально долго затухающее квазигармоническое колебаниена частоте около 16 Гц, которое присутствует и при более высокихконцентрациях вплоть до 8 мг/мл.

На рис. 2. представлены фурье-спектры АКФ, измеренные в по-следовательные моменты времени с интервалом 30—40 сек. для случа-ев длинных фрагментов ДНК (А) и коротких фрагментов (Б) при од-ном и том же значении концентрации 4 мг/мл. В первом случае сла-бозатухающее квазигармоническое колебание присутствует на протя-жении всего времени наблюдения, причем 11 Гц и 16 Гц колебаниясменяют друг друга, а во втором случае фиксируется сплошной спектрсо слабо выраженными максимумами.

На рис. 3 .показаны аналогичные фурье-спектры АКФ для двухразличных температур растворов ДНК 25 и 60° С. Видно, что при по-вышении температуры квазигармонические колебания не исчезают, апроисходит смена динамических картин, в частности,— появляютсяквази и бигармонические колебания с частотами 11 и 16 Гц.

Таким образом, результаты эксперимента показывают, что при

154 155

156 157

переходе от разбавленного раствора к полуразбавленному в результатеповышения концентрации слабозатухающие колебания плотности по-являются только в области существенно полуразбавленного раствора,при концентрациях ДНК в растворе — по крайней мере на порядокпревосходящую критическую. Слабозатухающие колебания исчезаютпо мере перехода от полуразбавленного к разбавленному раствору и врезультате уменьшения длины фрагментов. Эти данные подтверждаютпредположение о том, что явление самоорганизации волновых (aку-стических) процессов в ДНК можно ожидать только при таких физи-ческих условиях, когда существенную роль играют кооперативныепроцессы на уровне макромолекулярного континуума молекул ДНК,приближающегося к структуре хромосом. Чем более структура раство-ров ДНК отличается от архитектоники ДНК в хромосомах (в приво-димых экспериментах — это короткие фрагменты полимера), тем ме-нее существенны коллективные дальние (в масштабах макромолеку-лярного континуума) взаимодействия между цепями ДНК, столь важ-ные для эпигенетических функций генома. Ключевым звеном в дан-ных экспериментах является четкая фиксация для ДНК того факта,который был ранее обнаружен для агарозы и коллагена [8 ], а имен-но — практической незатухаемости колебаний биогелей и периодиче-ских повторов АКФ. Это позволяет рассматривать нелинейную дина-мику такого рода для ДНК и других информационных биополимеровкак проявление солитонных свойств в рамках явления возврата Фер-ми-Паста-Улама (подробно об этом в гл. 3 и 4, ч. 1.).

2.4.3. Обсуждение

Как показывают наши эксперименты, приведенные в данном раз-деле и далее, нелинейная динамика ДНК, ее гидродинамическое пове-дение и акустика чрезвычайно чувствительны к внешним физическимвоздействиям in vitro — энзиматической рестрикции, разбавлению-концентрированию, нагреву-охлаждению, ультразвуковой обработке,слабым механическим воздействиям, облучению ИК-лазерным полем,электромагнитным полем ФПУ-генератора с широкополосным спект-ром. Эти и аналогичные факторы могут и должны в той или иной мереоказывать влияние на генетический аппарат в условиях in vivo, иска-жающее нормальные эпигенознаковые функции хромосом, что такжеподтверждается в наших экспериментах (см. гл. 6—9, ч. 2).

Относительно данных по кольцевым суперспирализованным и ли-неаризованным плазмидам. Обнаруженное резкое различие коэффи-

циентов диффузии для таких ДНК важно для понимания механизмовуправляемого «пилотирования» и точной «посадки» транспозонов ДНК(аналогов плазмид) в пределах жидкокристаллического сверхвязкого исверхплотного континуума хромосом высших биосистем. Эта задачанаходится в рамках общей и нерешенной проблемы молекулярной би-ологии — проблемы самоорганизации внутриклеточных, межклеточ-ных и межтканевых структур, их «взаимоузнаваний». Ясно, что знаяволновые, гидродинамические и иные механизмы точного пилотирова-ния таких немаловажных для человека транспозонов как онкогены иобратнотранскриптазный геном Вируса Иммунодефицита Человека,мы будем иметь возможность корректировать их в необходимом на-правлении, исключающем патогенез.

Не менее существенным представляется факт обнаружения нели-нейной динамики ДНК с признаками поведения солитонов в рамкахявления возврата Ферми-Паста-Улама. Это также дает вклад в осоз-нание принципов макромолекулярных и надмолекулярных взаимоуз-наваний в пространстве организма по линии солитонно-резонансныхдальних взаимодействий (см. гл. 4, ч. 1) и делает более реалистичнойпопытку дать новую версию работы генома эукариот, обсуждавшуюсявыше (гл. 1—4, ч. 1).

ЛИТЕРАТУРА1. Лебедев А. Д., Левчук Ю.Н., Ломакин А. В., Носкин В. А., Лазерная корреляци-

онная спектроскопия в биологии., 1987, Киев. Наукова думка.2. Bloomfield V. A., In:Dynamic Light Scattering, 1985, ed. R. Pecora, Plenum Press.,

NY, p. 363.3. Pecora R., Science, 1991, v. 251, p. 893.4. Sortie S. S., Pecora R., Macromolecules, 1988, v. 21, p. 1437.5. Sorlie S. S., Pecora R., Macromolecules, 1990, v. 23, p. 487.6. Allison S. A., Sorlie S. S-, Pecora R., Macromolecules, 1990, v. 23, p. 1110.7. Гроссберг А. Ю., Хохлов А. Р., Стат. физ. макромолекул., 1987, M., Наука.8. Brenner S. L., Gelman R. A., Nossal R., Macromolecules, 1978, v. 11, p. 202.

159158

3. ПОСЛЕДЕЙСТВИЕ ДНК

3.1. Экспериментальные результаты

Результаты, полученные нами и излагаемые в данном разделе, по-стратегическим механизмам, видимо, тесно связаны с т. н. фантомнымлистовым эффектом (ФЛЭ) [1—4] и фантомной памятью ДНК(фпДНК), о которой пойдет речь ниже (гл. 4, ч. 2), а также, возможно,и с памятью коры головного мозга. Но если для ФЛЭ и ассоциативнойкорковой памяти даны физико-математические модели в рамках голо-графических и солитонных механизмов (см. гл. 1—4, ч. 1), то фпДНК— явление далеко не понятное и нуждающееся в более глубоком исс-ледовании и осторожной трактовке.

Вместе с тем, необходимо понять: является ли фпДНК биологиче-ски активной, генетически значимой, в том числе и при ФЛЭ? В нашейтеоретической модели ФЛЭ получил физико-математический форма-лизм и биологическую трактовку [2—4 ], но относительно самойфпДНК, реализуемой изолированными препаратами ядер клеток и чи-стой ДНК, наши представления носят исключительно умозрительныйхарактер. Эксперименты, которые будут приведены ниже, свидетель-ствуют в пользу регуляторной роли фпДНК, действующей прямо и не-посредственно на саму же ДНК, модулируя ее динамику в составе кле-точных ядер. Этот эффект зарегистрирован нами при динамическомлазерном светорассеянии (подробно об этом методе в гл. 4, ч. 2.) напрепаратах высокоочищенных ядер из эритроцитов кур. Препаратылюбезно предоставлены группой академика А. Д. Мирзабекова (Инс-титут Молекулярной Биологии РАН).

Экперименты проводили по следующей основной схеме. Передопытами делали контрольные измерения фонового светорассеяния втечение 1 часа. Величины фоновых значений автокорреляционныхфункций (АКФ) составляли 600—900 условных единиц, что близко кзначениям темнового тока. Препарат суспензии нативных или физи-чески модифицированных ядер из эритроцитов кур (ЯК) с концентра-цией 50 мг/мл в высокоочищенном глицерине наливали в кювету12x12 мм в количестве 1 мл и помещали в кюветное отделение спект-рометра MALVERN. Время нахождения ЯК в кюветном отделении впроцессе замера АКФ составляло около 10 мин. После этого кюветноеотделение считалось экспонированным ЯК и проводилось тестирова-ние фпДНК в пределах кюветного отделения спектрометра по модуля-

160 1616-187

6* 163162

циям АКФ исходного (контрольного) препарата ЯК, используемогокак зонд-тест.

Приведенная серия экспериментов дает основание предполагать(в рамках данных опытов) временное влияние фантомной памяти кле-точных ядер, основной компонент которых ДНК, на сами ядра-прооб-разы фантомов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Choudhury J. К. et al, J. Inst. Eng.(India), 1979, v. 60, Pt EL3, p. 61-66; p. 67-73.2. Гаряев П. П., Юнин А. М., Энергия, 1989, N10, с. 46-52.3. Gariaev P. P., Chudin V. I., Komissarov G. С, Berezin A. A., Vasiliev А. А., Ргос.

SPIE, 1991, v. 1621, р. 280-291.4. Гаряев П. П. и др.. Гипотеза (независ, науч. ж.), 1991, 1992, N 1, N 1.

165164

4. НОВЫЙ ТИП ПАМЯТИ ДНК?

4.1. Постановка вопроса

Фантомообразование — широкий класс явлений, связанных с ге-нерацией физических полевых и ( или) иных структур, которые явля-ются более или менее точными отображениями объективной и субъек-тивной реальности. Эти отображения-копии (фантомы) существуютнекоторое время на месте прообраза (или его части) в том случае, eслион (или часть его) перемещается в пространстве-времени (отделяется,уничтожается). Существенно то, что фантомы не обязательно помнятнекоторое фиксированное состояние прообраза, но хранят его динами-ческие пространственно-временные и, в некоторых случаях, энерго-информационные характеристики. Простейший случай,— когда стати-ческие или динамические голограммы образуют неподвижные или мо-бильные 3-х или 4-х мерные образы объектов, образы, живущие ужекак бы независимо от самих объектов-первоисточников. Сюда же мож-но отнести статические и динамические фото- и киноизображения,оперирующие в отличие от голографии двумерным пространством. Об-раз и его фото- и голографическая копия находятся в системе односто-ронних, гомоморфных отношений, т. е изменяется образ — изменяетсяотображение и никогда наоборот. Если рассматривать генетическийаппарат как систему хранения (отображения), кодирования-декодиро-вания структуры (образов) будущей или уже развившейся биосисте-мы, то выполняется и обратное. Геном-прообраз и его развернутое ото-бражение-биосистема выходят при этом на более высокий уровень изо-морфных отношений. Принципиально и то, что хромосомный аппаратне является монопольным обладателем наследственной информации иона может вводиться как экзогенный сигнал, в частности,— в формевербальных кодов [24—29 ].

Относительно простая феноменология обсуждаемых отображенийхорошо известна: это фантомные эффекты растений, когда на уровнеэлектромагнитных полей восстанавливается изображение отрезаннойчасти живых (но не мертвых), листьев [2, 11, 20], микролептонные(аксионные) фантомы [6 ], фантомные боли, статические и динамиче-ские голографические образы. Пожалуй, только в случае голографиче-ских фантомов можно говорить об их управляемости в том смысле, кпримеру, что голограмму можно синтезировать на компьютере и, сле-довательно, заранее задать квази-интерференционный код потенци-ального оптического образа.

В неявном виде фантомообразование известно в области физико-химии полимеров, вероятно, имеющее прямую связь с предметом на-стоящего исследования — «аномальными» отображениями главной ге-нетической структуры — ДНК — при лазерной корреляционной спек-троскопии. В случае небиологических полимеров необычные феноме-ны такого рода обнаруживаются в поле рассеянных нейтронов, дифра-гирующих на эластомерных сетках (т. н. «фантомные сетки»), когдарегистрируется логически необъяснимая независимость флуктуацийположения узлов сетки от реальных деформаций полимера и,соответ-ственно, положения его действительных узлов [12]. Другая аномалияносит название «mimicing the effect of dust» (пылеподобный эффект),когда при динамическом лазерном светорассеянии на сильно разбав-ленных водных растворах рестриктных фрагментов ДНК обнаружива-ется рассеяние фотонов на «частицах», которые заведомо отсутствуютв таких растворах [4 ], т. е опять-таки кванты электромагнитной энер-гии взаимодействуют с как бы несуществующими структурами. Издесь мы снова видим явные аналогии с фантомными эффектами ДНК,обнаруженными нами ранее [2, 11 ] и более детально исследуемые внастоящей работе.

Обобщенное понимание всех этих феноменов лежит в рамках ка-тегорий Взаимодействия и Отражения, постулирующих, что любыевзаимодействующие объекты и процессы ВЗАИМООТОБРАЖАЮТструктуро-динамику друг друга (обмениваются информацией в томчисле), и что свойство Отображения (обычно употребляют термин От-ражение) материи и энергии родственно его высшим идеальным фор-мам в биосистемах — ОЩУЩЕНИЮ, МЫШЛЕНИЮ, СОЗНАНИЮ.Здесь проявляются два фундаментальных свойства Мира: (1) КВАЗИ-СОЗНАНИЕ, (2) ФРАКТАЛЬНОСТЬ и (или) ГОЛОГРАФИЧНОСТЬ.Это означает, что любой фрагмент Мира, являясь элементом квази-мышления, сам отображает все его свойства и наоборот [15, 16]. Изтакого понимания следует, что некий фрагмент Мира при определен-ных условиях может дать информацию, например, в форме фантомов,о других частях этого Мира. Все перечисленные типы фантомообразо-вания, вероятно, являются частными случаями этого общего принци-па. Сюда же относятся и феномены психографии, снятия информациио болезнях людей по их фотоснимкам и т. д. Особенно хорошо в этомсмысле изучены простейшие голографические фантомы, известные втехническом исполнении. Более развитые формы эти представленияполучают в теоретико-физических моделях структуры вакуума каквместилища вселенского поля сознания и генератора материальныхобъектов [17].

167166

Генетический аппарат также может рассматриваться с этих пози-ций [2, 11, 25—29 ]. И особый интерес при этом вызывают фантомныеэффекты ДНК [2, 4, 17] как источника потенциальной информации,обращенной как в прошлое, так и в будущее биосистемы. Фантомныеэффекты ДНК имеют и другую ипостась, позволяющую подойти к ихобъяснению с позиции физики микролептонов (аксионов). ДНК, как илюбая другая материальная структура, содержит в себе аксионный газ,участвующий, в соответствии с гипотезой [6 ], в синтезе ее свойств. Спривлечением концепции вакуумных торсионных взаимодействий этаидея находит фундаментальное обоснование [17]. Аксионно-кластер-ная компонента может выходить за пределы ДНК и сохранять ее свой-ства в динамических структурах, обнаруживаемых лазерным зондиро-ванием. Такие аксион-макрокластерные образования (МО), моделиру-ющие ДНК и ее динамику, могут служить средой, акустические коле-бания которой рассеивают фотоны (аксионный аналог Мандельштам-Брилюэновского рассеяния света на звуке), и кроме того, МО самиспособны конвертировать в фотоны. Вполне возможно, что в работах[2, 4, 28 ] мы и группа Пекоры имели дело с макрокластерным двой-ником (фантомом) ДНК.

Сюда же довольно неожиданно примыкает и эффект Керврана,постулирующий способность клеточного ядра, состоящего в основномиз ДНК, осуществлять холодный ядерный синтез с образованием но-вых атомов. Здесь происходит смыкание выдвигаемой нами идеи ДНКкак резонатора Ферми-Паста-Улама, обращенного в вакуум и черпа-ющего из него элементарные частицы для холодного ядерного синтеза,и ДНК как источника аксионов, агрегирующих при обычных темпера-турах в новые атомы.

ДНК в составе хромосом нейронов головного мозга обладает ещеодним существенным свойством, связанным с механизмами корковойпамяти. Такая память человека имеет отчетливо выраженную и xopо-шо изученную голографическую природу [18, 19]. Тут выявляетсятесная связь фундаментальных информационных процессов в биоси-стемах: солитонных состояний в знаковом дублете ДНК-РНК, в нерв-ных импульсах с трансформацией их в голографическую память науровнях генома и коры головного мозга. Нервный импульс (потенциалдействия) является солитонным процессом в рамках явления возвратаФерми-Паста-Улама, так же как и нелинейные волновые процессы вхромосомах и ДНК. При этом определяющим обстоятельством высту-пает положение, что ключевой источник информации в нейроне -функциональный знаковый дублет ДНК-РНК, транслирующий своисообщения в солитон нервного импульса, внутренняя колебательная

структура которого является кодирующей, в частности,— голографи-ческой знаковой системой [21 ]. Аналогичный принцип выдвинут намии для трактовки механизмов кодирования высшей геноинформации вхромосомах, где солитон также способен свертывать эпигеноинформа-

цию в знаковые колебательные (в том числе в акустические, речепо-добные) структуры [22, 24—29 ].

Геноинформация и психостатус человека, таким образом, оказы-ваются связанными прямой и обратной связями через резонансы Фер-ми-Паста-Улама и эта связь может быть реализована также и черезфантомные атрибуты психо- и геноголограмм и (или) через память ак-сионных кластеров.

Изложенное соответствует работам, где продемонстрированы мо-дели солитонной проводимости нервных импульсов через синаптиче-скую щель [13, 14], концепции вауумно-торсионных взаимодействийкак фундаментальной основе поля сознания [17 ], а также нашим экс-периментальным работам. Учитывая изложенное, рассмотрим биоси-стемы как носители супергенетических информационно-образныхструктур, в частности,— солитонно-голографических, продолжая на-ши исследования [1—3, 5, 11, 22, 24—29 ]. На уровне многоклеточ-ных организмов с геномом, оформленным в полиядерный когерентныйконтинуум, система гомоморфных отображений по стратегической ли-нии Геном => Сома осуществляет мощный эволюционный скачок.Здесь система отображений становится уже двусторонней, изоморф-ной. Два множества — организмы и их генетический аппарат — в ходеонто- и филогенеза в эволюционном процессе биосферы Земли взаим-но меняют структуру образного строя Супер-Ген <=> Признак. Хро-мосомный континуум, как процессор солитонно-голографического би-окомпъютера, в каждом клеточном ядре и в их совокупности несетфрактальные множества голографических и иных образно-знаковыхсверток потенциальных и реальных пространственно-временныхструктур биосистемы. В работах [1—3] мы рассматриваем в качествевозможных носителей супергенетической информации известныеэлектромагнитные и акустические поля, генерируемые организмами,включая солитонные. Принципиальным в нашей версии биоморфоге-

неза является фактор продуцирования геномом голографических ииных отображений, организующих пространство-время биосистем иявляющихся производными известных физических полей. Однако, вработах [2, 26, 27, 29 ] мы указали на фантомный эффект ДНК in vitro,ранее в неявном виде зарегистрированный в работе [4 ]. Он проявляется

как некий след, относительно долговременная память на присут-ствие ДНК в данном месте пространства, например,— кюветного от-

169168

деления спектрометра светорассеяния. После удаления образца ДНКиз прибора лазерный луч продолжает рассеиваться на «пустом» местекюветного отделения примерно так, как это имело бы место, если быпродолжалось зондирование прежнего образца ДНК, но с существенноменьшим сигналом. Этот эффект (назовем его фДНК) после однократ-ного часового экспонирования ДНК продолжается около месяца илиболее и затем постепенно исчезает или уходит за пределы разрешаю-щей способности аппаратуры, но может быть снова воспроизведен.ЭТОТ эффект сильно затрудняет попытки объяснить динамическое по-ведение ДНК с позиций казалось бы хорошо разработанных теорий по-лимеров в водных растворах [4 ]. Вероятно, в работе [4 ] по изучениюсветорассеяния на рестриктных фрагментах ДНК, дифракция фотоновпроисходила не только на молекулах ДНК, но также на фантомныхследах биополимера, оставляемых при броуновских смещениях, и вэтом смысле было аналогично эффекту, обнаруженному нами ранее иболее детально изученному здесь. Вполне возможно, что непосредст-венное отношение к генерации фДНК имеет и солитонное поле, фун-кционирующее на основе явления возврата Ферми-Паста-Улама(ФПУ) и продуцируемое ДНК [3]. Радиоэлектронный аналог такогорода волновых процессов ДНК, генератор ФПУ, способен к «считыва-нию», дистантной «трансляции» и избирательному введению суперге-нетической информации из генома-донора в геном-акцептор [2 ].

Конкретным предметом настоящего исследования, в связи с изло-женным выше, является анализ корреляционно-временной колеба-тельной структуры ДНК и ее фантомов, а также нелинейно-динами-ческое поведение ДНК-акцептора, дистантно управляемое с помощьюДНК-донора через ДНК-фантомные структуры и сопоставление этихэкспериментов с опубликованными нами ранее генетико-эмбриологи-ческими опытами [2 ] и теоретическими построениями [3 ], объясняю-щими некоторые из этих феноменов.

4.2. Материалы и методы

менных автокорреляционных функций (АФ) светорассеяния, проводи-ли на измерительном комплексе для спектроскопии корреляции фото-нов «MALVERN 4700», включающем в себя спектрометр рассеянногосвета с переменным углом ориентации фотоумножителя, He-Ne лазерс мощностью излучения 25 мВт и длиной волны 632,8 нм, а также 128-канальный 8-разрядный коррелятор, подключенный к персональномукомпьютеру «OLIVETTI». Угол светорассеяния составлял, как прави-ло, 70°. Использовали также аналогичный спектрометр оригинальнойконструкции на 1023 канала, сочлененный с ЭВМ типа ЕС. Даннаяустановка была пространственно отделена от спектрометра MALVERNприблизительно на 30 км. Экспонирование кюветного отделения спек-трометров проводили либо в водной среде термостата, либо в комнат-ной атмосфере в отсутствии водного термостата. Дальнее дистантноевоздействие (ДНК => фантом -> ДНК) и (ДНК => кюветное отделе-ние спектрометров) проводили на расстоянии 2 м и около 30 км. Кон-трольные эксперименты по возможному влиянию пылевых загрязне-ний и по установлению пространственной устойчивости фДНК прово-дили, продувая кюветное отделение MALVERN током газообразногообеспыленного азота. Использовали также инфракрасный лазер-Ga-Asс длиной волны 890нм в импульсном режиме со средней мощностью0,6 Вт. Контрольные эксперименты по Фантомообразованию включалив себя 1,5-часовую непрерывную регистрацию темнового тока и фоно-вых автокорреляционных функций до экспонирования кюветных отде-лений препаратами ДНК в идентичных режимах работы спектромет-ров. Обработку данных по корреляционной спектроскопии вели с по-мощью компьютерных программ М. Ю. Маслова (Математический Ин-ститут РАН).

4.3. Динамическое поведение ДНК в обычных условиях

Ранее мы показали, что гели ДНК обладают характерной способ-ностью поддерживать собственные аномально долго затухающие зву-ковые колебания, аналогичные по ряду признаков явлению возвратаФерми-Паста-Улама (ФПУ) и относящиеся к солитонным возбужде-ниям [2 ]. Вероятно, это фрактально масштабированное до макроуров-ня гелей ДНК явление возврата ФПУ, первоначально предсказанноеДля электромагнитного поля одномерной цепи ДНК [31. Это важней-шая, но не единственная специфическая особенность динамики ДНК[5 ], динамики, которая, вероятно, является своеобразным супергене-тическим языком генома [1—3 ], регистрируемым, по крайней мере ча-

171170

стично in vitro, в условиях лазерной спектроскопии. Другой атрибутквазиспонтанной динамики ДНК — это сочетанный с ней процесс фан-томообразования, имеющий, вероятно, фундаментальное значение длявысших кодов генома организмов Земли.

Именно последний фактор заставляет нас в данном эксперимен-тальном исследовании акцентировать внимание на форме (типе) и ди-намике временных АФ светорассеяния гелей ДНК и их фантомныхотображений, имея в виду, что это генобиосигналы in vitro, ранее не-известные. Типичные акустические колебания ДНК, регистрируемыекак флуктуации автокорреляционных функций и описанные нами ра-нее [2, 5 ], — это в той или иной степени модулированные синусоидыс различными периодами и со спецификой строгих временных повто-ров идентичных спектральных составов. Такие штатные волновые про-цессы ДНК приведены на рис. 1. Синусоидальный характер колебанийпрослеживается в широком диапазоне времен дискретизации от 500 до990000 мксек/канал, в чем выражается его временная фрактальность.

4.4. Обнаружение фантомов ДНК (фДНК)

В приводимых экспериментах особое внимание было уделено кон-тральным замерам светорассеяния в воздушной и водной средах — ме-стах потенциальной генерации фантомов препаратами ДНК в кювет-ных отделениях спектрометров. Измерения проводили или в пустомкюветном отделении, или, помещая туда пустые кюветы. Одна из та-ких типичных серий приведена (см. рис. 2.). После этого в кювету вво-дили препарат ДНК и помещали в кюветное отделение. После извле-чения образцов ДНК, независимо от того в каком виде находиласьДНК (твердый гель, мягкий гель, раствор) и независимо от среды экс-понирования (воздух, вода, газообразный азот) — пространство на-хождения ДНК, вероятно, меняет свои физические свойства. Этот фе-номен становится особенно четко выраженным на вторые-четвертыесутки после экспонирования препаратом ДНК и характеризуется ря-дом признаков, имеющих в основном черты отличия от поведенияДНК, но в определенных условиях тип нелинейной динамики ДНК ифДНК практически тождественны. На графиках рис. 3. приведены АФфДНК, которые разнообразны, динамичны во времени и, вероятно, впространстве, взаимопереходят друг в друга и могут резко менять aм-плитуду в зависимости, по крайней мере, от 2-х параметров: времениот начала эксперимента и от времени дискретизации. Если последнеевыбрано достаточно коротким (500—2000 мксек/канал), а именно в

172 173

174

175

177176

179178

180 181

этих или более коротких интервалах работают, как правило, исследо-ватели, АФ фДНК не регистрируются. Это означает, что условия об-наружения фДНК не соблюдены. Если время дискретизации значи-тельно увеличить (20000 мксек/канал и более), картина будет иная.На таких временах обнаруживается большое многообразие АФ фДНКс их уникальной динамикой, которая носит неслучайный, вероятно,семантико-эпигенетический характер, связанный, можно думать, свербальными характеристиками ДНК [24—29 ]. Варьирование времен-ными окнами коррелятора позволяет анализировать АФ фДНК с боль-шей или меньшей разрешающей способностью. Обращает на себя вни-мание одна черта фДНК, важность которой будет обсуждена ниже: прислиянии интенсивных пиков АФ фДНК образуются трапециевидныеструктуры с модулированной вершиной и с разной шириной основа-ния, и наоборот, эти структуры могут расщепляться на более или ме-нее тонкие пики. То же относится и к малоинтенсивным пикам. В этомодно из проявлений временной фрактальности АФ фДНК. Если ото-бразить АФ фДНК в 3-х-мерной графике, где в качестве 3-й оси будутномера функций, следующих друг за другом во времени, и ввестизвук, тон которого будет зависеть от величины функции, то «проигры-вание» такого графика сопровождается своеобразной ритмической «ме-лодией». Примеры таких графиков даны на рис. 4, 5. ТрапециевидныеАФ фДНК можно рассматривать как интеграл узких пиков (или тра-пеций). В свою очередь, каждый пик можно представить как два фа-зовых перехода: первый означает резкое линейное возрастание вели-чины АФ фДНК, второй говорит о ее таком же падении. В таком слу-чае вершины трапеций или низкоинтенсивные промежутки между ни-ми логично представить как интеграл вершин пиков (трапеций) иликак штатное синусоидальное колебание, являющееся предшественни-ком потенциальных фазовых положительных или отрицательных пе-реходов. Существенно, что ДНК в обычных условиях, без специаль-ных дистантных влияний, используемых нами, фазовых переходов та-кого рода не дает.

Продувка кюветного отделения спектрометра «Malvern» газооб-разным обеспыленным азотом приводит к временному исчезновениюфДНК. После прекращения продувки происходит регенерация АФфДНК в течение 5—10 минут.

183182

4.5. Дистантные воздействия на ДНК

Однократное облучение геля ДНК непосредственно в кювете че-рез верхнюю, контактирующую с воздухом, часть модулированнымИК-лазерным полем приводит к фазовому положительному переходуАФ светорассеяния с выходом на относительно стационарный уровень,длящийся около 2-х минут, с последующим отрицательным фазовымпереходом (возвратом к старому состоянию) (рис. 6). Последующиеаналогичные воздействия ИК-лазером на этот же препарат ДНК ужене сопровождаются фазовыми переходами, но резко хаотизируют ди-намику ДНК, при этом стохастические и гладкие АФ приобретаютчеткий периодический характер, реализуя, видимо, сложный возвратФПУ. Фактически это означает, что имеет место «запись» когерентно-го ИК-поля на многомерном динамическом континууме ДНК (см. гл.9, ч. 2). В данной ситуации существенно и другое: полученные фазо-вые переходы идентичны как бы спонтанным фазовым переходам наАФ фДНК (см. рис. 3).

Другой пример фДНК-подобных фазовых переходов на ДНК по-лучен нами уже принципиально иным путем. Был создан внекомпью-терный комплекс, находящийся примерно в 30 км от обоих использу-емых спектрометров светорассеяния. В состав комплекса входит спе-циальное оборудование, созданное nо know how (автор — Л. М. По-рвин) и использующее, в частности, т. н. «эффект формы» и точнуюгеографическую привязку спектрометров. В 1992 г. была начата серияэкспериментов с использованием указанного биокомпъютера для дис-тантной передачи информации с ДНК-доноров на ДНК-акцепторы,находящиеся в кюветных отделениях обоих спектрометров, а также напустые кюветные отделения. Одна из таких серий приведена целикомна рис. 7 (а—и), (спектрометр «MALVERN»). Она началась 18 марта1992 г. в 11 час. 49 мин. 31 сек. и закончилась в 14 час. 02 мин. 51 сек.того же дня. Донором и акцептором здесь служил один и тот же, раз-деленный на две части препарат ДНК из тимуса теленка. Одну частьпомещали в биокомпьютерный комплекс, а другую — в спектрометр«MALVERN». В первые минуты режима «считывания — трансляции»,т. е ДНК — ДНК дистантной связи, наблюдались штатные синусои-дальные колебания геля ДНК-акцептора (рис. 7 (а—г)). Затем былизарегистрированы (+) и (—) фазовые переходы (рис. 7 (д—з)), и, на-конец, выход из состояний фазовых переходов (рис. 7 (и)) с возвратомк штатным флуктуациям. В процессе передачи информации наблюда-лись мощные перепады уровня светорассеяния от одной функции кдругой. Важно отметить, что ДНК-донор передавал не только свою

184185

186187

188189

191190

Рис. 7 (а-и). Экспериментальная серия дальнего ДНК-ДНК воздействия,ДНК-акцептор в прямоугольной кювете

собственную информацию, но и введенную в него искусственно, поэ-тому он был также и ретранслятором. Особенно четко искусствен-ность, планируемая заданность сигнала обнаруживается на рис. 7 (д—з), представляющим или идеальную трапецию, или трапеции с не-сколькими четкими искусственными фазовыми переходами — выхода-ми на высокую корреляцию, удержанием ее на одном уровне и возвра-том к прежним состояниям. Возможно, такое поведение — одна изформ возврата ФПУ.

Рис. 8 иллюстрирует другой существенный факт, а именно оче-видное сходство (в определенных условиях) характера колебаний AФДНК-акцептора и динамики АФ фДНК, что и является одним из глав-ных результатов настоящей работы. Это говорит в пользу предложен-ной нами ранее версии работы генома [1—3 ] и развивает ее в другихотношениях. Мы полагали, что межклеточные и межтканевые сиг-нальные отношения реализуются через посреднические функции аку-стико-электромагнитных солитонов, генерируемых хромосомным био-компьютером. Однако, обнаруженная нами память ДНК на уровне ее

фантомных отображений свидетельствует о вкладе в работу генома идругих факторов, возможно, вакуумной природы с непосредственнымучастием фДНК.

Верификация зарегистрированных явлений была проведена подвум линиям. Первая — путем сопоставления дистантных воздействий(ДНК -> ДНК) и (ДНК => кюветное отделение) в разных спектромет-pax. Вторая включала в себя уменьшение расстояния дистантного дей-ствия (ДНК => фДНК => ДНК) при использовании установки«MALVERN». В последнем случае на расстоянии 2 метра от ДНК-ак-цептора, находящегося в спектрометре, были проделаны пространст-венные перемещения препарата ДНК-донора в радиусе 1,5—2 м, близ-кие или аналогичные таковым при дальних ДНК => ДНК воздействи-ях. На рис. 9 приведены две АФ ДНК, полученные 18.03.1992 г. и15.12.1992 г. на «MALVERN» при дальнем и при ближнем ДНК =>ДНК воздействии с одинаковым временем дискретизации. Для обеихАФ ДНК характерны типичные фазовые переходы, которые являютсяпризнаком и АФ фДНК. Отметим, что АФ ДНК-ответ на дальнее воз-действие от 18.03.1992 г. (рис. 7з) имеет большее число фазовых пере-ходов. Здесь одна, и может быть — немаловажная деталь: при дальнемвоздействии использовали ДНК из тимуса теленка, а при ближнем —ДНК из эритроцитов цыплят. На рис. 10 аналогичный эксперимент, нос использованием уже двух спектрометров. Рис. 10 (а) демонстрируетдальнее ДНК => ДНК воздействие по характерным фазовым перехо-дам АФ ДНК (спектрометр оригинальной конструкции на 1023 вре-менных канала коррелятора, донор — ДНК из тимуса теленка, акцеп-тор — ДНК из спермы лосося). Рис. 10 (б) показывает ближнее ДНК=> ДНК воздействие (спектрометр «MALVERN», донор и акцептор —ДНК из эритроцитов цыплят). Обе АФ близки по характеру, но та, чтоявляется ответом на дальнее воздействие (5) богаче фазовыми перехо-дами. И другое отличие — обе АФ записаны с разными временами ди-скретизации и использованы разные ДНК. Суммарное временное окнокоррелятора при дальнем воздействии — 3 секунды, при ближнем -64 секунды. Сходство обеих АФ при таких существенно различающих-ся временах дискретизации еще раз подтверждает отмеченную вышевременную фрактальность АФ ДНК, и служит косвенным критериемтого, что мы имеем дело с дистантно транслируемой динамикой имен-но ДНК. Нюансы в модуляциях АФ и на рис. 9, и на рис. 10 могут бытьотражением специфики ДНК, зависящей от таксономического поло-жения биосистемы — источника ДНК. Временная фрактальность не-линейной динамики АФ ДНК и АФ фДНК позволяет прогнозироватьнеопределенно длительные их фазовые состояния, что подтверждается

1921937-187

Рис. 9. Иллюстрация однотипности фазовых переходов АФ ДНК при дальних (а)и ближних (б) ДНК—ДНК дистантных воздействиях с использованием одного

и того же спектрометра «Malvern». ДНК-акцептор в прямоугольной кювете.Для (а) т - 990000 мксек/канал, для (б), т - 500000 мксек/канал.

в наших экспериментах. Так, при ближних ДНК => ДНК воздействияхнам не удалось зафиксировать чисто трапециевидные АФ ДНК именнопо этой причине, что видно на рис. 11. В этом случае выявляются либоправая, либо левая стороны «трапеций». Особенно отчетливо это жевидно на трехмерном графике (рис. 4), где по оси Z отложены все 50функций так, как они записывались через одинаковые промежуткивремени в серии ближних ДНК => ДНК воздействий. Отличие рис. 11от рис. 4 в том, что на последнем мелкие модуляции функций сглаже-ны за счет масштабирования. Еще один пример дальней трансляцииструктуры колебаний ДНК, но на этот раз не на ДНК-акцептор, а наводу кюветного отделения спектрометра с 1023 каналами, на рис. 5 (а).Вода акцептирует информацию от ДНК-донора, видимо, через фДНК.Такие легко узнаваемые АФ фДНК можно зафиксировать, например,в «пустом» кюветном отделении спектрометра «MALVERN» после экс-позиции его образцом ДНК (рис. 5(6)). Блок аналогичных АФ фДНКприведен на (рис. 5(в)). То, что фДНК «записываются» на воду и онастановится неким динамичным эквивалентом флуктуирующих ДНК,хорошо соответствует нашей парадигме работы хромосомно-водногоконтинуума с уникальной памятью воды, фрактально размножающейсупергенетическую информацию по всему объему биосистемы [3 ], атакже, в определенных случаях, за ее пределы [2 ].

4.6. Обсуждение результатов

Легко узнаваемые типы автокорреляционных функций, индуци-рованные ИК-лазером на ДНК и биокомпьютерным комплексом наДНК и фДНК, имеют общие черты, однако, биокомпьютерный комп-лекс не использует ИК-поле. Одно и то же следствие здесь вызываетсяразными причинами. Возможно, ключевые механизмы образованияфДНК связаны с генерацией ДНК микролептонов (аксионов), проду-цируемых всеми телами и несущих информацию о них. Идея микро-лептонного газа [6 ] дает возможность объяснить Фантомообразованиемолекулами ДНК при корреляционной спектроскопии как аксионныйаналог Мандельштам-Брилюэновского рассеяния света на гиперзвуке,при котором фотоны дифрагируют на акустических колебаниях мак-рокластеров микролептонов, отображающих эпигенознаковую дина-

мику ДНК. Другая сторона исследуемого явления выходит на гипоте-тические вакуумные энергоинформационные структуры, посколькуаксионы — претенденты на первичные элементарные частицы, порож-даемые вакуумом [17 ]. Исследуемые в данной работе и в предшеству-

1957*

Рис. 10. Аналогично рис. 9, но с разными спектрометрами.При использовании спектрометра с 1023 каналами ДНК помещали в стеклянный

капилляр, i - ЗОООмксек/канал (а) (дальнее воздействие). При использованииспектрометра MALVERN ДНК помещали в прямоугольную кювету, i - 500000

мксек/канал (б) (ближнее воздействие). Стратегический характер фазовых переходовДНК не зависит ни от формы кюветы, ни от времени дискретизации, ни от типа ДНК.

194

Рис. 11. Две выборочные АФ ДНК с положительным (а) и отрицательными (б)фазовыми переходами из экспериментальной серии ближнего ДНК-ДНК

воздействия. ДНК-акцептор в прямоугольной кювете.

196

ющих исследованиях [1—3, 5] явления развивают идеи А. А. Люби-щева и А. Г. Гурвича [7, 8 ] о «сборной хромосоме» (хромосомно-вод-ный солитонно-голографический континуум), о генах, «подобных хо-ру», (акустические супер-генознаковые флуктуации ДНК и ее отобра-жений-фантомов) , об эмбриональном хромосомном поле (акустико-электромагнитные хромосом-солитоны, внутренняя колебательнаяструктура которых содержит образную, в т. ч. голографическую про-странственно-временную, информацию о многомерной биосистеме).Вводится понятие «Фантом ДНК» как особая память генома, переда-ваемая не только путем копуляции организмов. Геном не самодоста-точен для синтеза биосистемы, он открыт в космос для акцепции стра-тегической информации, возможно, от гипотетического вакуумногосупермозга [17, 25—29 ]. Сюда же примыкают наши данные по прило-жимости понятий лингвистической генетики [9 ] и Марковских веро-ятностных процессов [10 ] к речевым характеристикам ДНК и практи-ческому использованию этого для управления геномом растений.

Однако, необходимо проявить осторожность относительно трак-товки фантомов ДНК. Не исключено, что мы имеем дело со смешан-ным эффектом пылевых частиц, вклад которых в АФ фДНК ничто-жен, и светорассеянием на гиперзвуке макрокластеров микролептонов(аксионов).

Резюмируя, можно свести аргументацию «за» и «против» реаль-ности существования фДНК к следующим доводам:

Против:1. фДНК — это артефакт взвешенных пылевых частиц.2. Продувка азотом временно «стирает» структуры, принимаемые

за фДНК.За:1. До экспонирования ДНК в кюветном отделении спектрометров

регистрируются только фоновые функции, сравнимые с темновым то-ком со значениями 300—1000 условных единиц, в то время как фДНКдают величины автокорреляционных функций порядка 104-105. Сле-довательно, если и существует вклад пылевых загрязнений в фДНК,то он ничтожен и сводится к шумовому фактору.

2. Временное «стирание» фДНК продувкой азотом говорит об ихматериальности, вещественности, а также об их информационной ус-тойчивости.

3. Схожесть основных черт фДНК для воздушной и водной средих образования, зафиксированной на разных приборах.

4. фДНК и ДНК-первоисточник дают в ряде случаев однотипные

197

АФ светорассеяния, что не является случайностью и говорит об их вза-имной причинно-следственной связи.

5. Перемещение образца ДНК-донора в «ближней и дальней ин-формационной зонах» вызывает четкие ответы ДНК-акцептора по ха-рактеру светорассеяния. Посредником в этом акте может служитьфДНК.

6. Эффекты, сходные с фДНК, получены в работе [4 ].7. Вклад посторонних пылевых компонент после экспонирования

ДНК может заключаться в том, что эти компоненты в «силовом поле»фДНК приобретают новые характеристики и облегчают регистрациюсамих фДНК.

Примечание: Последние эксперименты, не вошедшие в даннуюглаву, показали, что аномальные фазовые переходы АФ ДНК при ди-стантных влияниях на ДНК-акцептор могут быть не только результа-том трансляции сигнала с ДНК-донора, но и прямым приемом внеш-них искусственных (космических?) волновых знаков, происхождениекоторых не ясно.

Значимость зафиксированных феноменов не только в подтверж-дении наших теоретических построений, а в космопланетарном пони-мании генофонда Земли как Фактора, единого с вселенским Живым.Основываясь на изложенных соображениях и экспериментах, можносформулировать следующие направления экспериментальных работ поэпигено-фантомообразованию на достаточно далекую перспективу.

1. Установление факта и степени корреляции резонансно-соли-тонных процессов в генетическом материале (Хромосомы, ДНК, РНКвсех типов, рибосомы) и поведением фантомов геноматериалов:

а) поскольку основной геноматериал есть ДНК и он имеет два век-тора, направленных в прошлое (на то, что надо наследовать) и в буду-щее (на то, что из этого получится),— необходимо понять: не являют-ся ли колебательные свойства фантомов ДНК суперпозицией прошлыхи будущих волновых (супергенетических) состояний исследуемого ге-номатериала, т. е не является ли геном высших биосистем своего рода«машиной времени»;

б) составление словаря и синтаксиса реальных и фантомных вол-новых языков генома, основанное на активно развиваемыми в настоя-щее время лингвистической генетике [9 ] и генетической лингвистике[10,23—29].

2. Создание семейства био-опто-радиоэлектронной и био-аксион-ной аппаратуры, моделирующей волновые и фантомные знаковые со-стояния генома высших биосистем и на их основе создание супербио-компъютеров сверхмалых размеров (микроны), обладающих неограни-

198

ченно дальним управляющим действием, способных регулироватьбио-, техно- и социопроцессы в прошлом-настоящем-будущем про-странстве-времени.

ЛИТЕРАТУРА1. Гаряев П. П., Юнин А. М., Энергия, 1989, N10, с. 46-52.2. Gariaev P. P., Chudin V. I., Komissarov G. С, Berezin A. A., Vasiliev A. A., 1991,

Proc. SPIE, v. 1621, р. 280-291.3. Гаряев П. П., Васильев А. А., Березин А. А., 1991г, 1992г., Гипотеза (независимый

научный журнал), № 1, № 1. с. 24-43, с. 49-64.4. Allison S. A., Sortie S, Pecora R, Macromolecules, 1990, v. 23, p. 1110-1118.5. Гаряев П. П., Васильев А. А., Григорьев К. В., Полонии В. П., Щеглов В. А., Крат-

кие сообщения по физике ФИАН, 1992, № 11-12, с. 63-69.6. Охатрин А. Ф., Докл.АН СССР, 1989, № 3, в. 4, с. 866-869.7. Любищев А. А., О природе наследственных факторов., 1925, Пермь.8. Гурвич А. Г., Теория биологического поля., 1944, Сов.наука., Москва.9. Маковский М. М., Лингвистическая генетика., 1992, М.10. Katsikas A. A., Nicolis J. S-, Nuovo Cimento, 1990, v. 12D, № 2, p. 177-195.11. Гаряев П. П., Чудин В. И., Березин А. А., Ялакас М. Э., Врач, 1991, № 4, с.

30-33.12. Kloczkowsky A., et al., Macromolecules, 1990, v. 23, № 4, p. 1222-122413. Хазен Р. Б., Биофизика, 1990, т. 35, в. 1, с. 168-170.14. Хазен Р. Б., Биофизика, 1990, т. 35, в. 2, с. 343-345.15. Лосский Н. О., Учение о перевоплощении..Интуитивизм., 1992, М., Прогресс.16. Налимов В. В., Спонтанность сознания., 1989, М., Прометей.17. Шипов Г. И., Теория физического вакуума., 1993, НТ-Центр. Москва., 362 с.18. Nobili R., Phys. Rev. A:Gen. Physq, 1985, v. 32, N 6, p. 3618-3626.19. Nobili R., Phys. Rev. A:Gen. Phys.. 1987, v. 35, N 4, p. 1901-1922.20. Choudhury G. K., Kcjarival P. C, Chattopadhyay A., J. Insl. Eng., 1979, v. 60, Pt.

EL3, p. 61-66; p. 67-73.21. Березин А. А., Анализ процесса формирования и распространения нервного им-

пульса с позиции теории солитонов в длинных линиях передачи., 1986, ВИНИТИ ДЕП№ 6852-В86.09.

22. Трубников Б. А., Гаряев П. П., Семиотика ДНК., 1993. Российский научныйцентр «Курчатовский институт»., ИАЭ-5690/1. 27 с.

23. Ратнер В. А., Концепция молекулярно-генетических систем управления., 1993,Комит. по высш. школе мин. науки, высш. школы и техн. полит. Росс. Федер., Новоси-бирск. 118 с.

24. Трубников Б. А., Гаряев П. П., 1994, Геном как ЭВМ, Природа (в печати).25. Gariaev P. Р., 1994, DNA and Supreme Intellect, IMPACT (in press).26. Gariaev P. P., 1994, In vitro-in vivo DNA conjugation with brain activity and the

supreme intellect, Creation Recearch Society Quarterly (in press).27. Гаряев П. П., Маслов М.Ю., Поликарпов А. А., 1994, Фрактальность ДНК и ре-

чи, Докл. Росс. Ак. Наук (в печати).28. Gariaev P. P., Poponin V. Р., 1994, Anomaleous phenomena in DNA interaction with

electromagnetic radiation: vacuum DNA phantom effect and its possible rational explanation..Creation Recearch Society Quarterly (in press).

29. Маслов М.Ю., Гаряев П. П., 1994, Фрактальное представление естественных игенетических языков. (Материалы международн. конгр. по структурной лингвистике.МГУ) (в печати).

199

5. ФАНТОМНЫЙ ЛИСТОВОЙ ЭФФЕКТ

5.1. Развитие методики исследованияи теоретическое осмысление

Вероятно, существует связь между эффектами Фантомообразова-ния молекулами ДНК и т. н. «фантомным листовым эффектом», фор-мальная физико-математическая и теоретико-биологическая моделичему даны в предыдущих главах. Этот эффект вызывал и вызываетожесточенные споры. Признание его как факта — равносильно, покрайней мере для официальной генетики и эмбриологии, согласию стем, что чисто материальный ген — это фикция. Чтобы выйти из ге-нетического тупика биологии необходим шаг, который сделала в своевремя квантовая электродинамика, признавшая казалось бы несовме-стимое, а именно — идею сочетания свойств волны и частицы, поля иматерии. То же и в биологии: ген материален, но он же может суще-ствовать и как волна.

Мы экспериментально проверили реальность фантомного листо-вого эффекта в Институте Химической Физики РАН. Был собран ге-нератор высоковольтных высокочастотных электрических полей, вточности повторявший основные характеристики, приводимые в рабо-те [1 ], в которой указанный эффект имел высокую (50%) воспроиз-водимость. Мы развили этот метод в той его части, которая касаласьнепосредственного визуального наблюдения газового разряда на жи-вых листьях растений (прозрачный электрод) и регулируемого непре-рывного прохождения частот пачек импульсов, подаваемых на расте-ния [2, 3 ]. В данном разделе представлены иллюстрации фантомныхэффектов, не вошедших в публикации [2, 3].

Аналогичные фантомы получали многие исследователи. Однако,вызывала сомнение простота его формы, которую считали визуализи-рованными испарениями газов из места травмы листа. Летучие соеди-нения листа (например, эфирные масла), ионизированные в высоко-вольтном поле и дающие поэтому свечение, могут дать, по мнению не-которых теоретиков, ложные фантомы простой формы, как на рис. 1.Возразить на это можно в теоретическом и экспериментальном аспек-тах. Если имеет место диффузия летучей органики, то ее облако дол-жно иметь относительно долгоживущую форму отрезанной части. Этоневозможно. Простой расчет по формуле Эйнштейна

соединений, связанный с размерами молекул газа, показывает,что ни одно из известных летучих соединений растений неспособно удерживать границу раздела с воздушной фазой втечение времени регистрации фантома (5—20 сек.). Даже еслипредположить, что такие летучие соединения существуют, ноеще не известны,— придется сделать фантастическое предполо-жение, что границы такого газового облака почему-то в точностисовпадают с отрезанной частью листа растения. Особенно этотрудно представить, когда фантом имеет сложную форму, какна листе березы.

8-187 201

Рис. 2. Газоразрядная визуализация листа березы и его фантома сложной формы.Для контроля вырезаны участки из середины листа и сектор сбоку. Если бы фантомы

были артефактом тканевых испарений, то ложные фантомы возникли бы на местахвсех трех вырезов.

Рис. 3. Внутренние фантомы на листе герани. Наличие и исчезновение фантомав зависимости от ориентации листа

2038*

Схема эксперимента к рис. 2.

202

Схема эксперимента к рис. 3.а) простой контактный фотоотпечаток листа после вырезания из него фрагмента

ткани, б) газоразрядная фотография листа с фантомом, в) лист перевернули другойстороной и фантом исчез.

Были зафиксированы и внутренние фантомы листьев.Вероятно, ориентация листа по отношению к электродам сущест-

венна для визуализации фантома, также как гологаммы — по отноше-нию к референтному полю. Это же доказывает, что газовая компонен-та на месте выреза не связана с Фантомообразованием.

Получены фантомы внутренних структур листьев, например, жи-лок (рис. 4) и волосков на поверхности листа (рис. 5).

Рис. 4. Фантомы жилок листа березы.

205204

Схема эксперимента к рис. 5.На листе герани вырезаны фрагменты 1-4. На рис. 5 видно как газоразрядные отобра-жения реальных волосков на целой части листа переходят в неотличимые от них фан-томные образы уже не существующих, удаленных вместе с фрагментами 1 и 2. На ме-

сте фрагментов 3 и 4 фантомы не образовались, что подтверждает их независимостьот газовой компоненты листьев.

Рис. 6. Влияние топологии выреза в листе герани на Фантомообразование.

207206

Рис. 5. Фантомы волосков опушения на поверхности листа герани.

Схема эксперимента к рис. 6.Из листьев герани вырезали фрагменты 1-4. (б), (г) - контактные фотоотпечатки ли-ста (без приложения электрического поля). (а), (в) — газоразрядная визуализация то-

го же листа и фантома на месте вырезанного фрагмента 3. Характерно, что фантомисчезает, если удалить фрагмент 4, с исчезновением которого вырез открывается нару-

жу листа, а это топологически существенно. Не исключено также, что исчезновениефантома связано с временем его визуализируемой жизни. На месте контрольных выре-

зов фрагментов 1 и 2 фантомы не образовались, также как и на рис. 2 и 5.

Рис. 7. Фантом на месте удаленного фрагмента из листа герани.

209208

Схема эксперимента к рис. 7.

Фантом получен без наложения электрического поля на лист рас-тения. Лист закладывали в виде «сэндвича» между двумя прослойкамииз слюды (0,1 мм) и между двумя фотопластинками для регистрациитреков элементарных частиц в ядерных исследованиях. Экспонирова-ли в темноте в течение 3-х суток и проявляли. Отчетливо виден фан-том, который не является артефактом химического воздействия на фо-тослой.

Принципиально важным является обнаружение способности кФантомообразованию у листьев растений за счет собственных сверх-слабых фотонных излучений, которые обсуждались в предыдущихглавах.

ЛИТЕРАТУРА

1. Choudhury J. К. et al, J. Inst. Eng. (India), 1979, v. 60, Pt EL3, p. 61-66; p. 67-73.2. Гаряев П. П., Юнин А. М., Энергия, 1989, № 10, с. 46-52.3. Gariaev P. P., Chudin V. I., Komissarov С. С, Berezin A. A., Vasiliev А. А., Ргос

SPIE, 1991, v. 1621, р. 280-291.

6. РЕЗОНАНСЫ ФЕРМИ-ПАСТА-УЛАМАВ ДАЛЬНИХ МОРФО-ГЕНЕТИЧЕСКИХ

ВЗАИМОДЕЙСТВИЯХ БИОСИСТЕМ

6.1. Стратегия поиска хромосомного биополя

Теоретическая биология, а вслед за ней практическая медицина исельское хозяйство, особенно в генетико-эмбриологическом приложе-нии, испытывают большие трудности в понимании и реальном исполь-зовании таких фундаментальных свойств генома эукариот как его «из-быточность», мозаичность, сплайсинг, взаимоузнавания ДНК, РНК иферментов, управление «пилотированием» и «десантом» транспозоновДНК, когерентные излучения хромосомной ДНК и, наконец, коллек-тивная симметрия генетического кода [1—3]. К этим малопонятнымявлениям относится и так называемый «фантомный листовой эффект»,обсуждавшийся в предыдущей главе и воспроизведенный во многих ла-бораториях мира, но в силу своей необъяснимости относимый многимик разряду «аномальных явлений». Однако, именно этот феномен сталдля нас отправной точкой развития идей волновой, в частности — го-лографической, памяти генома высших биосистем [50 ]. Под напоромновых экспериментальных данных размытым оказалось даже, каза-лось бы, выверенное понимание гена как последовательности нуклео-тидов ДНК, кодирующей белок. Успехи молекулярной генетики, свя-занные с клонированием плазмидных векторов и их использованиемдля биосинтеза отдельных белков, лишь подчеркивают знаковую огра-ниченность известного генетического кода и неспособность его нестиинформацию о пространственно-временной структуре эукариот и мыможем повторить вслед за А. Г. Гурвичем [8], что «... нагрузка на генслишком велика». Об этом же говорил и А. А. Любищев, отрицавшийпопытки свести понятие гена только к вещественным структурам хро-мосом и уподоблявший геном хору [7 ]. Эти исследователи видели вы-ход из намечавшегося уже в 20-е годы кризис 90-х. Этот кризис — влогике биологов, следовавшей по примитивно материалистической ко-лее: вещественный ген -> вещественный признак. Гурвич и Любищевпредлагали дуализм понимания гена в вещественной и одновременнов полевой (волновой) форме, т. е ген реализует свои возможности так-же и на уровнях электромагнитного (митотические лучи) и акустиче-ского (гены — это также и хор) полей, дополняя чисто материальныекодирующие функции хромосом. Однако, эти идеи не прижились, онислишком опережали свое время, еще слишком далеко было до совре-

211210

менных экспериментальных доказательств правильности стратегиипоиска хромосомного биополя, часть из которых приводится здесь.Кризис в современной биологии стал настолько очевиден, что группакрупных генетиков, на страницах престижного журнала «GENETICS»вынуждена была сделать признание об этом [9 ]. Исследователи зада-ются естественным вопросом: как известные одномерные гены (отрез-ки ДНК) и их полипептидные продукты дают в пространстве организ-ма трехмерный паттерн? Классическая модель работы генов Жакоба иМоно никак не отвечает на этот вопрос и сводит проблему к регуляциивключения данного гена в необходимое время в определенном местехромосомы. Авторы цитируемой статьи резюмируют состояние совре-менной генетики именно так, как предсказывал А. Г. Гурвич сравни-вая ситуацию по трактовке генетического кодирования организма, с«абсолютным вакуумом» знания. Парадигма Жакоба-Моно «... не го-ворит нам как сделать мышь, но говорит только о том как вклю-чаются гены». Сейчас требуются существенно иные версии работы ге-нома высших биосистем, учитывающие стратегические наметки Гур-вича и Любищева, но развивающие их в других измерениях. Одна изтаких версий предложена и, в определенной мере, экспериментальнообоснована нами ранее [6, 50 ] и в предыдущих главах. Суть ее в идеемногомерного кодирования пространства-времени организма его хро-мосомно-«водным» континуумом как главным элементом гено-биого-лографического компьютера. Предполагается, что указанный гипоте-тический компьютер генерирует кодовые генетико-знаковые физиче-ские поля в форме высокоустойчивых солитонных состояний хромо-сомной ДНК, ассоциированных с голографической информацией. Та-кие поля задают пространственно-временные векторы развивающейсябиосистеме и являются производными сверхслабых, оптических и аку-стических излучений ее совокупного генетического аппарата. Даннаячасть работы, как и наши более ранние исследования [5, 10—13] по-священа некоторым экспериментам в границах идей, высказанных в[6,50].

6.2. Материалы и методы

В работе использовали радиоэлектронное устройство (генераторФПУ) оригинальной конструкции,продуцирующий солитонные, аку-сто-электромагнитные поля и реализующий явление возврата Ферми-Паста-Улама [15 ]. Генератор ФПУ моделирует в соответствии с [6,13,50 ] волновые свойства хромосом эукариот по автосчитыванию и дис-тантной трансляции с помощью эндогенных физических полей биоси-

стем морфогенетической информации между клетками, а также с ге-нома одного организма в геном другого, таксономически близкого пер-вому. Для проверки такой модели работы хромосом использовали ор-ганизм-донор (головастики шпорцевой лягушки Xenopus laevis) на ста-диях NF 44-46 и систему-акцептор, (эксплантаты эктодермы раннейгаструлы того же вида Xenopus laevis на стадии NF 10 в культуре тка-ни). Стадии развития эмбрионов классифицировали по [16]. Микро-хирургические операции, культивирование эксплантатов и гистоана-лиз проводили по [17]. Трансляцию морфогенетической информациипроводили, помещая доноров в антенну ФПУ-генератора и располагаяакцепторы от 25 см до 2-х метров от антенны с последующим включе-нием генератора на 5 минут. Контрольные эксперименты проводилианалогично, облучая акцепторы полем антенны без помещения в неедоноров. В нашей модели работы генома ключевую роль играют кодо-вые нелинейные динамические волновые состояния хромосомной ДНКв макроконтинуумах эмбриональных межтканевых индукционныхвзаимодействий. Результатом этих процессов являются векторы мор-фогенеза биосистемы. Носителями морфогенетической информациивыступают солитоны на информационных биополимерах и дифракци-онные, в частности голографические, решетки, образованные внутрен-ней колебательной структурой солитонов [10—13, 50 ]. Для исследова-ния возможных аналогов волновых процессов такого рода in vitro ис-пользовали метод спектроскопии корреляции фотонов в основном по[18, 19]. Использовали высокополимерные, высокоочищенные препа-раты ДНК из селезенки крупного рогатого скота, в виде солей натрияс концентрацией 5 мг/мл, либо, в стандартном солевом растворе —0,1 М цитрат-Na, 0,15 М NaCl, 10 тМ EDTA, рН = 7,0 (мягкий гель),либо в воздушно-сухом виде (жесткий гель). Однонитчатую ДНК по-лучали стандартным методом нагревания в запаянной стеклянной ам-пуле при 100° С в водяной бане с последующим быстрым охлаждениемв жидком азоте. Фрагментированную на отрезки приблизительно в 100пар нуклеотидов ДНК получали по [20 ]. Исследовали также препара-ты живых сперматозоидов мыши, полученных иссечением тестикулов,в стандартном солевом растворе и отделением фракции сперматозои-дов в виде надосадка центрифугированием при 3000 об/ мин в течение5 минут. Хроматин из тимуса теленка получали по [21 ] в виде жест-ких гелей с содержанием воды около 50%. Использовали препараты50S субчастиц рибосом из Е. coli и коллагена из кожи крупного ро-гатого скота. Анализировали также суммарную фракцию из дрож-жей фирмы «SIGMA». Препараты помещали в пластиковые кюветы12x12 мм высотой 8 см или в цилиндрические, диаметром 1 см и вы-

213212

сотой 5 см. Спектральные исследования проводили на измерительномкомплексе для спектроскопии корреляции фотонов «MALVERN 4700»или «MALVERN 4300», включающем в себя спектрометр рассеянногосвета с переменным углом ориентации фотоумножителя, He-Ne лазерс мощностью излучения 25 мВт и длиной волны 632,8 нм, а также 128-канальный 8-разрядный коррелятор, подключенный к персональномукомпьютеру «OLIVETTI». Угол светорассеяния составлял, как прави-ло, 60—70°. Контрольные эксперименты по исключению возможныхфоновых вибраций спектрометра проводили с образцами пористогосильно рассеивающего свет силикагеля, помещаемого в кюветное от-деление в луч лазера, с последующей записью фоновых автокорреля-ционных функций в режимах исследования биополимеров.

6.3. Генетико-эмбриологические эксперименты

Для работы в этом направлении использовали методологию пер-вичной эмбриональной индукции, когда происходит межтканевое ин-формационное взаимодействие, задающее определенные цитодиффе-ренцировки, гистогенезы и морфогенетические движения. Истинныемеханизмы этого процесса неясны. Наша версия участия генома и дру-гих клеточно-тканевых структур в эмбриогенезе представлена в [5, 6,10—13, 50], кратко изложена выше и базируется на эксперименталь-ных данных по сверхслабым излучениям биосистем (см., например, [3,8, 22, 24, 25, 27, 28, 34б, 39]), несущим, вероятно как часть, и мор-фогенетические сигналы. В наших экспериментах, моделирующих ге-но-знаково-полевые процессы в развивающихся эмбрионах, событияразвиваются в рамках информационных переносов по следующей уп-рощенной схеме:

При включении генератора ФПУ в опыте образуется, вероятно,общее солитонное поле, включающее в себя ФПУ-резонансные про-цессы как в генераторе, так и в геномах донора и акцептора, с перено-сом морфогенетической информации между этими тремя участника-ми. В результате примерно в 1 % из нескольких сотен эксплантатов эк-тодермы ранней гаструлы X. laevis нам удалось зарегистрировать ти-пичные для эмбриональной индукции цитодифференцировки и гисто-генезы в тканях акцепторов со всем спектром нейральных и мезодер-мальных производных тотипотентной ткани акцептора (рис. 1—3).

В аналогичном числе контролей (без помещения живых эмбрио-нов X. laevis в антенну включенного ФПУ-генератора) эмбриональнойиндукции обнаружено не было, что говорит о том, что солитонное полеФПУ-генератора, немодулированное геномом биосистемы-донора, не

Рис. 1. Нервная трубка, развившаяся из эксплантата эктодермы раннейгаструлы (ЭРГ) X. laevis через три дня после дистантного введения

в нее морфогенетической информации с помощью ФПУ-генератора.

215214

несет морфогенетического сигнала и поэтому нейтрально к экспланта-там эмбриональной ткани.

6.4. Эксперименты с динамическим лазерным светорассеяниемна информационных биополимерах in vitro

Ключевой информационной структурой в нашей модели биомор-фогенеза является солитон на ДНК в рамках явления возврата Фер-ми-Паста-Улама. Однако, нелинейные волновые процессы такого родадля биополимеров являются пока предметом только теоретической фи-зики [6, 31 ]. Поэтому обнаружение реальной нелинейной динамики вДНК нуклеопротеидах и белках явилось продолжением и развитиемэкспериментов, приведенных выше. Ранее были выполнены исследова-ния [18, 19], в которых зафиксированы квазиспонтанные аномальнодолго затухающие акустические колебания таких биогелей, как поли-сахариды и коллаген. Авторы [18, 19] дали теорию таких колебаний,однако отметили, что нелинейная компонента описываемой динамики(аномально длительное затухание колебаний, периодическая воспро-изводимость спектров светорассеяния биополимеров) не подчиняетсяданному ими физико-математическому формализму. Мы провелианалогичные эксперименты с ДНК и обнаружили ряд особенностей,свойственных возврату ФПУ [51 ]. Корреляционная фотонная спект-роскопия биополимеров показала две основные особенности нелиней-ной динамики ДНК, коллагена и рибосомных субчастиц: практическоенезатухание их акустических колебаний с высокой, резко отличной отфоновой, временной корреляцией и периодическую повторяемость оп-ределенных типов автокорреляционных функций светорассеяния(АКФ), которую допустимо трактовать как возвраты ФПУ или, что од-но и то же, как особый вид памяти информационных биополимеров науровне их нелинейной динамики. Деградация исследованных биополи-меров плавлением (ДНК, коллаген), ультразвуком (ДНК) приводит крезкому изменению характера светорассеяния, связанного с времен-ной хаотизацией колебаний. Неупорядоченность колебаний в исполь-зуемых временных интервалах обнаруживают и однонитчатые ДНК,РНК из дрожжей, а также низкомолекулярные белки типа альбуми-нов. Примеры периодических возвратов АКФ светорассеяния на пре-паратах ДНК, рибосом и коллагена приведены на рис. 1—4. Колеба-тельными состояниями в гелях ДНК можно в определенной мере уп-равлять с помощью ФПУ-генератора (рис. 5—7),что указывает на егопотенциальную биологическую активность в отношении введения ин-

2179-187216

Рис. 2. Автокорреляционные функции рассеяния света на ДНК из тимуса теленка(жесткий гель). «MALVERN» система 7032, остальные условия аналогичны рис. 1.

Интервал записи функций (а, б) 7 дней.

Рис. 4. Автокорреляционные функции рассеяния света для коллагена.Условия аналогичны рис. 1. Функции (а, б) получены на 1-й и 15-й мин.

(Все следующие функции получены с коррелятором системы 7032).

2199*218

Рис. 6. Автокорреляционная функция рассеяния света на ДНК, подвергшейсяоблучению полем ФПУ-генератора при помещении ДНК в его антенну на 30 сек.

Для получения светорассеяния такого характера необходим контакт ФПУ-генератораи его антенны с дюралюминием. Остальные условия аналогичны рис 2.

формации в геном. Колебательные состояния гелей ДНК сильно зави-сят от концентрации полимера [51 ]. ДНК в форме мягкого геля с кон-центрацией от 2 до 8 мг/мл реализует свои нелинейные свойства в ви-де периодических повторов различающихся АКФ с бифуркациями(рис. 8). Другим характерным поведением мягких гелей ДНК являются фазовые переходы при их тепловой денатурации («плавлении») иренатурации медленного охлаждения («отжига») с возвратом исход

221220

Рис. 8. Автокорреляционные функции рассеяния света на мягком геле ДНКс бифуркациями и парными повторами, отображающими нелинейную динамику

полимера с преобразованиями частот его колебания. Бифуркации (а), (б). Обратноепреобразование частоты (б), (г). Парные повторы параметров (а), (в) и (б), (г).

Условия аналогичны рис. 2.

222 223

Рис. 9 а, б, в. Автокорреляционные функции рассеяния света на мягком геле ДНКпри его нагреве и охлаждении. Условия аналогичны рис. 2; (а, б) — Фазовый

переход при нагреве от 27 до 46 С.

Рис. 9 ж. Автокорреляционные функции рассеяния света на мягком геле ДНК при егонагреве и охлаждении. Условия аналогичны рис. 2.

возврат к исходному состоянию (ж).

ных автокорреляционных функций (рис. 9). Фазовый переход «плав-ления» происходит в физиологически активном интервале температур40—46° С, что отличает его от денатурации фазового разрыва водород-ных связей комплементарных пар оснований, которая происходит дляданного типа ДНК при более высокой температуре, около 80° С. Особонеобходимо сказать о характере светорассеяния в суспензии живыхсперматозоидов мыши. Вопреки ожиданиям, АКФ светорассеяния вэтих половых клетках имели вид модулированных синусоид, а не экс-понент, которые предполагались как следствие хаотических активныхперемещений живых сперматозоидов в пространстве кюветы (рис. 10).Можно было бы предположить, что в этом проявляется когерентностьколлективных движений сперматозоидов, однако аналогичное динами-ческое поведение имеют и препараты хроматина из тимуса теленка(рис. 11), в которых активные мышечные движения, свойственные жи-вым половым клеткам, отсутствуют. Надо полагать, что основнойвклад в упорядоченный колебательный режим обоих препаратов вно-сит их дальнодействующая нелинейная динамика как атрибут высоко-организованных жидкокристаллических биополимерных систем.

6.5. Обсуждение результатов

Факт дистантной эмбриональной индукции эктодермы ранней га-струлы X. laevis, с помощью искусственных солитонных акустико-

225

Рис 9 г д, е. Автокорреляционные функции рассеяния света на мягком геле ДНКпри его нагреве и охлаждении. Условия аналогичны рис. 2. наблюдается переход от

штатных относительно высокочастотных колебаний (г) к низкочастотным (д, е).

224

Подтверждает, в частности, потому, что ФПУ-генератор, использован-ный нами для дистантной связи эмбрионов и эктодермы, является пре-дельно упрощенной радиоэлектронной моделью работы генома эукари-от на уровне гено-знаковых нелинейно-волновых процессов, или постарому, (по А. Г. Гурвичу [8 ]),— на уровне биологического поля хро-мосом. Отметим, что первым, кто попытался перевести абстрактноепонятие биологического поля как организатора морфогенеза эмбрионана конкретный язык физики был А. Н. Мосолов, [24 ]. Он, постулиро-вал ключевые моменты работы генома эукариот на уровне его акусти-ческих полей, а именно: с точки зрения информационных функций,геном — это ассоциативная память, подобная памяти головного мозга,образованная акустическими голограммами на хромосомах и дающаяпространственные силовые векторы биологического поля. Кроме того,А. Н. Мосолов развил идею А. А. Любищева [7 ], сравнивавшего «ма-невренные построения хромосом» (предвосхищение их нелинейнойэпигенознаковой динамики) с гармоническим единством, подобным хо-ру (предвидение эпигенознаковых когерентных акустических и элект-ромагнитных излучений хромосом с элементами «эстетических функ-ций»). Геном трактуется Мосоловым как набор генов-букв и генов-фраз, образующих тексты, которые диктуют этапы онтогенеза; при-чем, речевые характеристики хромосом понимаются отнюдь не в ме-тафорическом смысле популярной литературы.

Значимость речевых характеристик ДНК и РНК подтверждаетсятеоретическим анализом хаотических динамик для образующихся ве-роятностных Марковских цепочек символов и сравнения их с анало-гичным анализом для человеческой речи и тектов. Последовательно-сти ДНК, РНК и слов в текстах, например, в современной греческойпрозе, подчиняются одному и тому же закону структурной лингвисти-ки,— закону Ципфа [26 ]. Неслучайность этого факта особенно хоро-шо видна в том, что словообразование в различных языках и взаимо-действия языков подчиняются законам формальной генетики в рамкахпонятий Лингвистической Генетики [52 ].

Мы получили прямые экспериментальные доказательства, под-тверждающие эти положения (см. ниже гл. 10) которые позволяют вафористичной форме сделать предположение, что «ДНК — это квази-речь, а речь — это квази ДНК». И человеческая речь, и ДНК выпол-няют, по сути, одни и те же программирующие, управляющие функ-ции, но на разных уровнях — социальном и биохимическом. В этомвидится проявление фрактальности в биоинформационных процессах,развитие их знаковой структуры в границах фрактальных размерно-стей. Подтверждение этому можно найти также и на уровне известного

Рис. 11. Автокорреляционная функция рассеяния света на хроматине из тимусателенка. Условия аналогичны рис. 2.

электромагнитных полей, «закодированных» генетической (в, старомсмысле) и супер- или эпигенетической (в новом смысле) программойнейральных и мезодермальных цито- и гистогенезов, «считанной» сэмбрионов того же вида,— в определенной мере подтверждает нашиэкспериментально-теоретические построения [5, 6, 10—13, 50, 511.

226 227

генетического кода, когда обнаруживаются мощные (искусственные)математические симметрии при нумерологическом анализе парамет-ров вырожденности генетического кода и нуклонного состава кодируе-мых аминокислот [2 ]. Акустические резонаторы в клеточных ядрах,резонаторы, которые могут нести предполагаемые эпигенознаковыефункции, были обнаружены как самим Мосоловым [24 ], так и други-ми [25 ] в виде кольцевых (в действительности, вероятно,— сфериче-ских) диссипативных структур ядер нейронов. Эти динамичные кольцапульсируют в частотном диапазоне от 1—2 сек до 100 мксек, что хо-рошо коррелирует с нашими данными [50, 51 ] и результатами насто-ящего исследования.

Анализ цитированных работ и собственных результатов позволяетдумать, что хромосомный континуум биосистем, реализуя свои коди-рующие и декодирующие эпигенетические потенции, является супер-позицией неопределенного числа сменяющихся в морфогенезе дифрак-ционных, в частности — голографических решеток, в которых, потен-циальная многомерная пространственно-временная структура орга-низма закодирована в их амплитудно-фазовых характеристиках. Та-кие решетки могут быть образованы и внутренними колебательнымиструктурами солитонов на ДНК. Дифракция сверхслабых эндогенных(организменных) излучений света и звука на таких решетках образуетволновые фронты, несущие эпигеноинформацию и, возможно, энер-гию для построения биосистемы.

Наша модель работы генома эукариот была бы нежизнеспособнабез понимания ДНК и хромосом не только как среды «записи» потен-циального образа организма, но и как излучателей физических полей,в том числе солитонных. В этом плане продуктивно сопоставление экс-периментов по когерентным излучениям биосистем [27, 28 ] и данныхпо динамическому лазерному светорассеянию на ДНК [29, 30, 50, 51 ].Хромосомная ДНК живых организмов излучает сверхслабый лазерныйсвет в диапазоне 250—900 нм. Существуют доказательства, что эми-тируемые при этом фотоны модулированы по количеству в единицувремени в форме периодических осцилляций (периодограмм), которыеявляются своеобразным электромагнитным эквивалентом излучающейбиосистемы. Фурье спектры периодограмм временных фотонных сиг-налов ДНК выявляют т. н. «breathing mode» (дыхательные моды). Сдругой стороны, независимо от этого по спектрам светорассеяния ДНКобнаружено явление, аналогичное модуляциям излучения фотоновДНК и также названное «breathing mode». Такие моды зарегистриро-ваны при изучении собственных дальнодействующих вращательно-ко-лебательных движений рестриктных фрагментов ДНК [29, 30 ]. Суще-

ствование указанных типов колебаний на фрагментах ДНК создалозначительные трудности в количественном описании гидродинамиче-ских свойств полимера в разбавленных растворах. Эти свойства не ук-ладываются в существующие физико-математические модели также ипо другим причинам (см. гл. 6, 7). Несмотря на специально контроли-руемую лазерной микроскопией очистку растворов ДНК от посторон-них пылевых примесей только на углах от 16 до 22 наблюдаемые кор-реляционные функции светорассеяния рестриктов ДНК представленыодиночными затухающими экспонентами. При увеличении углов све-торассеяния функции содержат уже две или более релаксационные мо-ды, свидетельствующие о сложной, неизученной внутренней динамикев дополнение к известной трансляционной диффузии ДНК. Такие на-блюдения соответствуют и нашим данным для нативных ДНК [50, 51 ]и, вообще говоря, не являются нежиданными в теоретическом плане[31 ]. «Дыхательные моды» ДНК описанного типа и перидические по-вторы спектрального состава колебаний, обнаруженные нами, имеют,вероятно, непосредственное отношение к теоретически предсказаннымпроцессам солитонообразования на ДНК [31 ], в частности,— в формевозврата Ферми-Паста-Улама. Периодограммы когерентной люминес-ценции ДНК хромосом [27, 28 ], видимо, вызываются многообразно-периодическими плотностными колебаниями гелей хромосом in vivo(аналоги процессов in vitro [50, 51 ]), модулирующими световой потоккак при излучении живых клеток, так и при светорассеянии зондиру-ющего лазерного пучка гелями ДНК в кювете спектрометра. К этомуже классу явлений относятся и работы [24, 25 ]. Отсюда следует, чтохромосомная ДНК in vivo является не только лазером с перестраивае-мыми длинами волн, как полагает и доказывает Ф. А. Попп с соавт.[27, 28 ], но и, возможно, световодом с оптической памятью на соли-тонах. В оптоэлектронике такие идеи уже реализованы [32 ]. Сущест-венным положением в нашей модели генома является гипотетическаяспособность солитонов на ДНК быть носителями переменных дифрак-ционных решеток с эпигенетико-знаковой нагрузкой. Частный случайтакой решетки — голограмма в статическом и динамическом вариан-тах. Надо подчеркнуть, что принцип голографии — биосистемой ис-пользуется на высшем уровне ее организации, на уровне корковой па-мяти головного мозга, что предсказано теоретически и продемонстри-ровано в эксперименте [33, 346]; и в этом смысле проекция этогопринципа на геном оправдана с позиции преемственности основныхэволюционных приобретений биосистем. В этом еще раз проявляетсяфрактальность информационных процессов Живого, разномасштаб-ность повторений их на разных уровнях организации биосистемы.

229228

Можно даже сказать, что биопроявления принципов солитоники и го-лографии начинаются на уровне генетических структур и получаютразвитый вид в высших мозговых функциях. Подтверждением этоймысли является физико-математическая модель работы нейронов, гдеэти уровни рассматриваются в единстве [34а ], и приводятся доказа-тельства, что нервные импульсы могут быть количественно описаныкак солитоны типа бризеров, внутренняя колебательная структура ко-торых является голографической решеткой, а биоинформационное со-держание ее задается солитонами на РНК ядер нейронов. Логичнопредположит, .что указанная фрактальная разномасштабность уров-ней управления организмом и вместе с тем их функциональное един-ство проявляется в биосигнальном обмене между солитонами на ДНК-РНК и солитонами нервных импульсов. Если первые несут информа-цию молекулярно-клеточного уровня, то вторые отображают ткане-ор-ганный физиологический уровень и при этом функционирование этихуровней синергично, взаимодополняюще. Вместе с тем, такая трактов-ка соответствует известным результатам о непосредственном влияниинервной системы на морфогенез, в том числе постэмбриональный, на-пример,— при регенерации органов и тканей [35 ]. Рассмотрим болееподробно физико-химическую часть солитоно-подобных процессов наДНК, обнаруженных нами in vitro. Сложное динамическое поведениенадмолекулярных структур ДНК с перидическими повторами различ-ных частотных мод может быть объяснено двумя не противоречащимидруг другу причинами. Первая — это проявление нелинейных свойствгелей ДНК в форме явления возврата Ферми-Паста-Улама. Вторая за-ключается в модульно-фрактальной структуризации «воды», окружа-ющей молекулы ДНК [36 ]. В последнем случае, при корреляционнойспектроскопии, зондирующие гель ДНК фотоны дифрагируют не толь-ко на мобильных структурах надмолекулярной организации ДНК с ихдальними коррелированными взаимодействиями, но и на фрактальных«водных» копиях ДНК, копиях различной масштабности, следователь-но г- и массы, колеблющихся со своими собственными частотами. Бо-лее того,— теория модульно-фрактальной структуризации «воды» спереотображениями биоструктур наводит на мысль о солитонах мо-дульных фракталов «водной» оболочки ДНК, РНК, белков, липидов,и, наконец, псевдоживых образований — вирусов, фагов. Такие соли-тоны могут выступать и как система считывания-трансляции-введенияинформации (возможный аналог этого мы продемонстрировали выше),и как акустические резонаторы, рассеивающие лазерный свет в формеспецифических колебаний автокорреляционных функций, продемон-стрированных выше, а также в [50, 511.

Другой, не менее важный аспект нашей модели генома и экспе-риментов по светорассеянию на ДНК в возможной связи с т. н. «теп-ло-шоковым эффектом» [37 ], когда при сублетальных температурах(41—43° С) генетический аппарат многоклеточных биосистем перехо-дит в стрессовый режим работы, синтезирует тепло-шоковые белки,деполимеризует полирибосомы и т. д. Обнаруженный нами обратимыйфазовый переход при «плавлении» и «отжиге» ДНК в области субле-тальных температур, видимо, относится к кооперативным разрушениюи реконструкции жидкокристаллических фаз ДНК. Обнаруженныйэффект дает объяснение биологическому действию интервала темпера-тур 40—42° С при воспалительных процессах в организме человека.Это действие вероятно, обусловлено «стиранием» эпигенетической ин-формации, имеющейся на уровне высоких знаковых топологий жид-кокристаллических доменов интерфазных хромосом, и «водных» фрак-талов-копий информационных биоструктур. С другой стороны, отри-цательное действие на организм человека таких деструктурирующиххромосомы температур может быть также следствием нарушения зна-ковых режимов акустических и электромагнитных излучений хромо-сомного континуума биосистемы, препятствием для «солитонной про-водимости» на ДНК, РНК, белках, и их «водных» оболочках. Еслипринять эту концепцию, то появляется возможность дать относительнопростое и непротиворечимое толкование механизмов применяемого внастоящее время лечения онкологических больных и больных СПИДс помощью нагревания пораженных тканей и крови. В нагретых до суб-летальных температур раковых клетках и Т-лимфоцитах происходит«плавление» (разрушение) хромосомных «патологических топологий»,вызванных интеграцией в геном клеток онкогенов и обратнотранск-риптазных копий РНК вируса СПИД. При «отжиге» (охлаждении донормальной температуры человеческого тела) происходит реконструк-ция исходных «нормальных» топологий жидкокристаллических фазДНК хромосом, восстанавливаются почти все функции генома, в томчисле и эпигеноволновые, но некоторые оказываются нарушенными. Вчисле поврежденных могут оказаться и эпигенетические программыонкогенов и генов вируса СПИД, а также и функции генома в норме.Этим и объясняется, видимо, большое количество летальных исходовлечения такими методами. Как уже говорилось, в экпериментах посветорассеянию на ДНК, рибосомах и коллагене периодические воз-враты временных АКФ можно трактовать как возвраты Ферми-Паста-Улама, т. е. как солитонообразование в геле полимера in vitro, котороеможет являться аналогом процесса в хромосомах in vivo. В биосистемесолитонообразование на ДНК будет автоматически сопровождаться

231230

амплитудно-фазовой модуляцией солитонов той средой, на которойони возникают. В одномерном варианте эта среда есть последователь-ность нуклеотидов (см. гл. 4), в трехмерном — жидкокристаллическиедомены с эпигенознаковыми топологиями. И в том, и в другом вари-антах — солитон, движущийся в трехмерном пространстве хромосомили стоящий на одном месте как бризер, будет «считывать» генетиче-скую и эпигенетическую программы, «запоминать» их и «транслиро-вать» в пространство собственной клетки, где он рожден, а также в со-седние клетки и ткани. Солитоны удобны для биосистемы в силу ихбольшой проникающей способности: организм для них доступен вовсем объеме своего 4-х-мерного пространственно-временного контину-ума и, кроме того, они могут обмениваться информацией при столкно-вениях и сквозных взаимных прохождениях или отталкиваниях. Со-литоны как надмолекулярные зонды могут играть роль, по крайней ме-ре для ДНК, эквивалентов нервных импульсов, а сама ДНК выступа-ет, как считают [38 ], в качестве «второй нервной системы». Эти пред-ставления находятся в хорошем соответствии с моделью ДНК как ши-рокополосного электромагнитного излучателя [39 ]. Однако, вопрос омеханизмах, лежащих в основе одновременного излучения молекулойДНК стохастических и детерминированных компонент электромаг-нитного спектра оставался открытым. В этой связи нами [6 ] была вы-двинута гипотеза о том, что молекула ДНК может быть интерпрети-рована как акусто-электрический резонатор Ферми-Паста-Улама.Справедливость подобного подхода была основана на результатах ра-боты [40 ], в которой теоретико-экспериментальным путем удалось до-казать, что возврат ФПУ наблюдается в физических системах, описы-ваемых нелинейным уравнением Шредингера с периодичными гранич-ными условиями. В применении к полимерам этот вывод был подтвер-жден в [41 ], где с помощью компьютерного эксперимента доказанавозможность существования в молекулярных цепях двухкомпонент-ных солитонов и наличие возврата ФПУ. Тем самым была найденаадекватная модель динамики нелинейных физических процессов в мо-лекуле ДНК. Мы предложили единственную модификацию этой моде-ли с введением в нее уравнения синус-Гордона для описания динамикинелинейных акустических колебаний на конечной длине молекулы.Полученная система уравнений в безразмерных переменных записы-вается в следующем виде (нижеприведенный формализм дан А. А. Бе-резиным по результатам неопубликованной совместной работы):

232 233

В основе предлагаемой модели молекулы ДНК в виде акусто-электрического нелинейного резонатора лежит предположение отом, что обе сахарофосфатные цепочки этой молекулы могут рассмат-риваться в виде системы связанных двухуровневых осцилляторов, со-стоящих из фосфатной группы и кольца дезоксирибозы. В описаннойструктуре возможно распространение поля Е электромагнитных волнв силу наличия в молекуле ДНК делокализованных или л-электронов[42 ]. Надо учесть, что в рассматриваемой системе могут возникатьколлективные длинноволновые состояния, связанные с модуляциейэлектронной плотности делокализованных электронов. Подобную си-туацию уже рассматривали в физике нелинейной плазмы; и в 1971 го-ду Захаров [43 ] предложил для нее математическое описание в видесвязанных уравнений Шредингера и волнового уравнения. Вместе стем, в конце шестидесятых годов аналогичная задача взаимодействиялазерного луча со средой, состоящих из двухуровневых атомов, былаописана в [44 ] связанными уравнениями Шредингера и Максвелла иполучила название «явления самоиндуцированной прозрачности».Если в качестве точечных источников возбуждения подобной цепочкидвухуровневых атомов — колец дезоксирибозы в молекуле ДНК —рассмотреть высокочастотные колебания электрических полей азоти-стых оснований полинуклеотида [42 ], то по аналогии с явлением са-моиндуцированной прозрачности, объединяя резонансный и нерезо-нансный случаи [45 ], можно получить систему уравнений:

Система А представляет собой модифицированную систему Заха-рова, к которой сводятся задачи исследования взаимодействия элект-ронов с акустическими колебаниями решетки (акустический полярон)[46], экситонов с фононами [47 ], ленгмюровских колебаний с ионно-звуковыми [48 ]. Аналоговое решение системы А показывает (рис. 12),

Рис. 12. Одно из решений аналоговой системы (А) в виде сложного бризерауравнения синус-Гордона.

Рис. 13. Возврат Ферми-Паста-Улама в аналоговой модели в виде периодическогоуширения спектра солитонов.

235

что одним из ее решений может быть сложный бризер уравнения си-нус-Гордона, во внутренней структуре которого находится пакет соли-тонов нелинейного уравнения Шредингера, полученного в модели[41 ]. Возврат ФПУ (рис. 13), в аналоговом представлении, наблюда-ется в виде периодического уширения спектра солитонов. Следует от-метить, что при аналоговом моделировании наблюдается появлениедвухкомпонентных солитонов в соответствии с [41 ]. Таким образом,интерпретация молекулы ДНК в виде акусто-электрического нелиней-ного резонатора делает возможным объяснение факта существованияв электромагнитном спектре, излучаемом ДНК, как детерминирован-ных, так и стохастических компонент, реализующихся в частности,как солитоны. В силу этого внешний электромагнитный спектр ФПУможет оказывать резонансное влияние на динамику нелинейных коле-бательных, процессов, происходящих в молекуле ДНК и как следст-вие, приводить ее в состояние волнового источника морфогенетиче-ской информации высших уровней, которая в форме солитонов илииных знаковых, полевых структур осуществляет стратегическое уп-равление биосистемой. И мы видели примеры такого управления и вслучае моделирования ДНК-ФПУ процессов in vitro (рис. 5—7). Наша

идея о том, что нелинейная динамика ДНК есть способ транспорта нетолько энергии, но и гено- эпигеноинформации, подтверждается ком-пьютерным моделированием поведения солитонов на последовательно-стях ДНК типа регуляторного промотора Т7А, который ускоряет, за-медляет или отражает солитоны — в зависимости от их начальных ско-ростей [53 ]. Это первый численный эксперимент, показывающий, чтопервичная структура ДНК входит как информационная нагрузка в ди-намические характеристики солитонов. Это вселяет надежду, что идругие кодовые уровни организации ДНК и ее динамики найдут отра-жение в аналогичных моделях. В гл. 5, ч. 1 мы развили такие компь-ютерные модели солитонов на ДНК.

ЛИТЕРАТУРА

1. Хесин Р. Б., Непостоянство генома., 1984, М., Наука.2. Scherbak V. I., J. Theor. Biol., 1988, v. 132, p. 121-124; Scherbak V. I., J. Theor.

Biol., 1989, v. 139, p. 271-283.3. NagI W, Popp F. A., Cytobios, 1983, v. 37, p. 45-62.4. Choudhury G. K., Kejarival P. C, Chattopadhyay A., J. Inst. Eng., 1979, v. 60, Pt

EL3, p. 61-66; p. 67-73.5. Гаряев П. П., Юнин А. М., Энергия, 1989, N10, с. 67-73.6. Гаряев П. П., Васильев А. А., Березин А. А., Гипотеза (Независимый научный

журнал)., 1991, Геном как голографический компьютер., № 1, с. 24-43; 1992, № 1,с. 49-64.

7. Любищев А. А., О природе наследственных факторов., 1925, Пермь.8. Гурвич А. Г., Теория биологического поля., 1944, М., Госиздат.9. Brenner S., Dove W., Herskowitz I., Thomas R., Biopolymers , 1990, v. 126, N 3, p.

479-486.10. Гаряев П. П., Татур В. Ю., Юнин А. М., Клаузура ноосферы., 1988, М., «Ноос-

фера», с. 286-292.11. Гаряев П. П., Чудин В. И., Березин А. А., Ялакас М. Э., Врач, 1991, № 4, с.

30-33.12. Gariaev P. P., Chudin V. I., Komissarov G. G., Berezin A. A., Vasiliev A. A., Proc.

SPIE, 1991, v. 1621, p. 280-291.13. Казначеев В. П., Гаряев П. П., Васильев А. А., Березин А. А., Препринт Инст.

Клин, и Эксп. Мед. СО АМН СССР., 1990, с. 1-50.14. Ферми Э., Научные Труды., 1972, М., Наука., т. 2.15. Березин А. А., Физическое моделирование пространственного резонанса ФПУ.,

1986, ВИНИТИ, № 4846-В86.16. Объекты биологии развития., 1974, М., Наука.17. Роймес Б., Микроскопическая техника., 1953, М.18. Nossal R., Brenner S. L., Macromolecules, 1978, v. 11, N 1, p. 207-212.19. Brenner S. L., Gelman R. A., Nossal R., Macromolecules, v. 11, N 1, p. 202-207.20. Britten R. Y., Graham D. E., Neufeld В. К., In: Methods in enzhnology., 1974, Eds.

Grossman L. and Moldave K., N-Y, Acad. Press., V25E, 363-418.21. Zuby K. L., Doty R. В., J. Mol. Biol., 1959, v. 1, N 1, p. 1-12.22. Казначеев В. П., Михайлова Л. П., Сверхслабые излучения в межклеточных вза-

имодействиях., 1986, Новосибирск., Наука.

236

23. Белоусов Л. В., Биологический морфогенез., 1987, М., Изд. МГУ. 24. МосоловA. Н., В кн. «Успехи современной генетики», 1980, вып. 9., с. 183-202.

25. Загускин С. Л., Никитенко А. А., Овчинников Ю.А., Прохоров А. М., Савран-ский В. В., Дегтярева В. П., Платонов В. Н., Докл.АН СССР, 1984, т. 277, № 6, с. 1468-1471.

26. Katsikas A. A., Nicolis J. S., Nuovo Cimento D., 1990, v. 12, N 2, p. 177-195.27. Popp F. A., Electromagnetic Bioinformation., 1979, Eds. Popp F. A. et al., Urban und

Schwarzenberg Munchen-Baltimore..28. Popp F. A., Nagl W., Li K. H., Schol W., Weingartner O., Wolf R., Cell Biophys.,

1984, v. 6, N 1, p. 33-52.29. Sorlie S. S., Pecora R., Macromolecules, 1990, v. 23, p. 487-497.30. Allison S. A., Sorlie S. S., Pecora R., Macromolecules, 1990, v. 23, p. 1110-1118.31. Якушевич Л. В., Методы теор. физики в иссл.свойств биополимеров., 1990, АН

СССР, Научный центр биол.исслл., Пущине.32. Беловолов М. И., Дианов Е. М., Карпов В. И., Мамышев П. В., Прохоров А. М.,

Серкин В. Н., Методы в соврем.оптике в решении общефизич.пробл., 1987, Матер, шко-лы молод, ученых и спец., ИОФАН. М., с. 14—20.

33. Nobili R., Phys. Rev. A:Gen. Phys., 1987, v. 35, N 4, p. 1901-1922.34(a). Березин А. А., Анализ процесса формирования и распространения нервного

импульса с позиции теории солитонов в длинных линиях передачи., 1986, ВИНИТИ. №6852-и86.

34(6) .Барбараш А. Н., Братченко В. Н., Аристархов Ю. Н, Буцко О. А., ТимофеевB. Н., 1989, -131с, ВИНИТИ, 21. 08. 1989., № 5559-В89.

35. Мэтсон П., Регенерация — настоящее и будущее., 1982, М., Мир, с. 45-48.36. Бульенков Н. А., Биофизика, 1991, т. 36, вып. 2, с. 181-243.37. Dewhist M. W., Stress Protein Biol. and Med. Cold Spring Harbor (N-Y), 1990, p.

101-116.38. Rowlands S., J. Statist. Phys., 1985, v. 39, N 5/6, p. 543-549.39. Popp F. A., On the Coherence of Ultra Weak Photoemission from Living Tissues.,

Disequilibrium and Self-Organization., 1986, Kilmister W.(ed.), Reidel Publishing Company.,p. 207-230.

40. Юэн Г., Лэйк Б., В кн. Солитоны в действии., 1981, М., Мир.41. Макеев В. Ю., Попонин В. П., Щеглов В. А., Динамика коллективных возбуж-

дений в квазиодномерных молекулярных решетках., 1990, Препринт ФИАН, № 146.42. Ладик Я., Квантовая биохимия для химиков и биологов., 1975, М., Мир.43. Захаров В. Е., Шабат А. В., ЖЭТФ, 1971, т. 61, с. 118.44. Me Call S. L., Hahn E. L., Phys. Rev., 1969, v. 183, p. 457.45. Маклафлин Д., В кн. Нелинейные электромагнитные волны., 1983, М., Мир.46. Косевич А. М., Нелинейная динамика намагниченности в ферромагнетиках.,

1982, — ФММ., т. 53, вып. 3, с. 420.47. Давыдов А. С, Кислуха II. II., Солитоны в одномерных молекулярных цепях.,

ЖЭТФ, 1976, т. 71, № 9, с. 1090.48. Захаров В. Е., ЖЭТФ, 1972, т. 62, с. 1745.49. Пелиновский В. Н., Изв. Вузов., Радиофизика., 1976, т. 19, с. 561.50. Gariaev P. P., Chudin V. I., Komissarov G. G., Berezin A. A., Vasiliev A. A., Proc.

SPIE, 1991, v. 1621, p. 280-291.51. Гаряев П. П., Васильев А. А., Григорьев К. В., Попонин В. П., Щеглов В. А.,

Крат, сообщ.по физике. ФИ АН., 1992, № 11-12, с. 63-69.52. Маковский М. М., Лингвистическая генетика, 1992, М., Наука.53. Salerno M., Phys. Rev. A, 1991, v. 44, N 8, p. 5292-5297.

237

7. ВЕРБАЛЬНО-СЕМАНТИЧЕСКИЕ МОДУЛЯЦИИРЕЗОНАНСОВ ФЕРМИ-ПАСТА-УЛАМА

КАК МЕТОДОЛОГИЯ ВХОЖДЕНИЯВ КОМАНДНО-ОБРАЗНЫЙ СТРОЙ ГЕНОМА

7.1. Получение и обработка экспериментальных данных

Неотъемлемые и казалось бы взаимоисключающие качества гено-ма высших биосистем — его консервативность и его подвижность. Од-нако, эти атрибуты в своем единстве обеспечивают как стабильность,так и приспособляемость биосистем к вечно изменяющимся и относи-тельно устойчивым состояниям внешней среды. Непостоянство генома,его подвижность — в норме — реализуется на всех известных уровняхорганизации. Это транспозиции участков ДНК в хромосомах, измене-ния конформаций ДНК типа В=> Z переходов, жидкокристаллическиеперестройки хроматина, межхромосомные обмены фрагментами вмейозе. С этих же позиций может рассматриваться и реорганизациягенома при клеточных делениях. Иными словами, все эти явления от-носятся к самоорганизации генетического аппарата как целостнойструктуры, осуществляющей стратегическое управление биосистемой.Логично предположить, что поведение генома при его повреждениях,например — жестким излучением, будет частным случаем самоорга-низации хромосом для сохранения собственной целостности. Одним измеханизмов такой репарации генома может выступать его голографи-ческая ассоциативная память [ 1, 2 ].

В настоящей экспериментальной работе мы демонстрируем воз-можность знакового управления пострадиационными восстановитель-ными процессами в геноме растительных биосистем за счет регуляциипо линии управления геномом как системой распознания кодовых об-разных волновых гено-структур, синтезированных человеком и вводи-мых в геном-акцептор через резонансы Ферми-Паста-Улама (ФПУ)специального радиоэлектронного генератора, моделирующего соли-тонные процессы в ДНК.

Общие принципы работы генераторов ФПУ известны [3 ]. Что ка-сается кодовых команд, вводимых в геном, то их синтез базируется натеоретических работах [4, 5], в которых показаны речевые характери-стики последовательностей ДНК и РНК, известные в структурнойлингвистике (закон Ципфа), и подчиненность словообразований в че-ловеческих языках законам генетики (наследуемость, мёнделевскоерасщепление признаков многокорневых слов, доминантность, рецес-

сивность, транспозиции, общие генетические корни в праязыке и т. д.).Конкретные кодовые вербальные команды, используемые в настоящейработе, являются предметом know how. Команды вводили в геном се-мян пшеницы и ячменя в форме определенных кодовых акустическихвербальных структур через микрофон, соединенный со схемой генера-тора ФПУ. Сухие семена облучали различными дозами рентгена.

Контрольные семена (К) облучению рентгеном не подвергали.Использовали следующие режимы воздействий генератора ФПУ

на семена: контрольное влияние самого генератора ФПУ без введениякодовых структур (ФПУ-контроль) и влияние генератора ФПУ с вво-димыми кодами (ФПУ-код). В этих случаях семена за 24 часа до опы-тов замачивали в воде. После таких воздействий семена стандартно до-водили до начальной стадии проращивания и подсчитывали число хро-мосомных аберраций в корешках проростков. Для цитологическогоанализа корешки фиксировали в смеси этанол-уксусная кислота (1:1)12 часов, затем мацерировали сутки пектиназой (5%-й раствор). Ок-рашивали ацетокармином и готовили временные давленые препараты.Численную оценку поврежденных хромосом вели на микроскопеЦейс-NFPK при увеличении 20x20.

Исследования выполняли по схеме, приведенной в таблице 1, ко-торая требует некоторых предварительных пояснений в форме вари-антов:

Вариант 1. Изучение влияния генератора ФПУ на контрольныесемена. «К» — контрольные семена (условное сокращение).

К: (ФПУ-контроль) — действие генератора ФПУ на контрольныесемена;

К: (ФПУ-код) — действие генератора, в который одновременновводится код, на контрольные семена.

Вариант 2. Изучение влияния генератора ФПУ и генератора ФПУс вводимыми кодами — на семена, облученные дозой рентгена 2000 г.

«R2» — действие рентгеновского облучения (условное сокраще-ние).

R2: (ФПУ-контроль) — действие генератора ФПУ на рентген-облученные семена;

R2: (ФПУ-код) — действие генератора, в который одновременновводится код, на рентген-облученные семена.

Вариант 3. С целью изучения вероятного ФПУ-резонансного ди-

239238

стантного взаимовлияния облученных рентгеном и необлученных се-мян (по аналогии с работой [2 ]) проведены следующие опыты.

В одну стеклянную пробирку в отношении 1:1 помещали необлу-ченные (К) и облученные рентгеном (R2) семена. Обработку вели вподвариантах:

К: (ФПУ-контроль)К: R2: (ФПУ-контроль)К: (ФПУ-код)К: R2: (ФПУ-код),т. е. в режимах пассивного (без кода) и активного (с кодом) пере-

носа информации. После указанных воздействий на семена — их раз-деляли на группы К, R2 и подсчитывали хромосомные аберрации.

Вариант 4. Аналогичен варианту 2, но с дозой облучения рентге-ном 10000г (R10).

Вариант 5. Поскольку при дозе 10000г можно было ожидать не-обратимые повреждения хромосом, использовали следующие подвари-анты опытов с использованием превентивного введения ФПУ-кодовойинформации в семена до их облучения рентгеном.

К: (ФПУ-контроль): R10, т. е. контрольные и рентген-облученныесемена перемешивали и обрабатывали генератором ФПУ.

К: (ФПУ-код-Rl0+ ), т. е. часть контрольных семян предваритель-но обрабатывали в режиме (ФПУ-код), облучали 10000г, смешивали сдругой частью контрольных семян и вновь обрабатывали в режиме(ФПУ-код).

Вариант 6. Для выяснения,— действительно ли акустические ко-ды, модулирующие ФПУ-резонансы, несут специфическую геномнуюзнаковую информацию, а не являются артефактом экспериментов, бы-ла поставлена специальная контрольная серия опытов, аналогичнаяварианту 2, но код человека-оператора был модифицирован, по срав-нению с обычно применявшимся, в сторону положительной и отрица-тельной информации и эмоциональных настроев по отношению к эф-фекту снятия хромосомных аберраций. Были также взяты подвариантхаотического (бессмысленного) кода и подварианты использования ан-глийского и немецкого кодов, в дополнение к кодам на русском языке.

В экспериментах работали с семенами пшеницы сорта «Энита» иячменя сорта «Г2».

Результаты работы представлены в таблицах 2—6.

240 241

Таблица 1

Общая схема работы

+означает, что вербальный код введен до облучения рентгеном

АНАЛИЗ ТАБЛИЦЫ 2

Как показывает табл. 2, в варианте 1а зерна пшеницы «Энита»имеют 6,4% хромосомных аберраций. В корешках семян, подвергших-ся обработке ФПУ (вариант 16), уровень аберраций несколько снизил-ся, но недостоверно. В корешках семян (вариант 1в) аберрации состав-ляют 10,2%, что недостоверно к контролю. Видно, что воздействияФПУ и ФПУ с кодом — на контрольные семена вызывает статистиче-ски незначимые изменения в их геноме.

В корешках семян, облученных 2000г- (вариант 2а), аберрации со-ставляют 14,3%, что достоверно выше контроля (К). Обработка такихсемян в режимах «ФПУ-контроль», «ФПУ-код» (варианты 2б, 2в) даларезкое возрастание аберраций. Очевидно, что сам по себе генераторФПУ, независимо от того,— вводится в него код или нет, способенлишь увеличивать число хромосомных повреждений у рентген-облу-ченных семян. Ситуация резко меняется, если перемешать контроль-ные и 2000г-облученные семена (вариант За, б): когда включен гене-ратор и он действует на контрольные семена, то аберрации достовер-но возрастают до 14,1% (вариант За). При перемешивании облучен-ных 2000г. с необлученными (К) и воздействии в режиме «ФПУ-кон-троль» — в (К) уровень аберраций резко возрастает до 59,6% (вариантЗа ), что можно объяснить ожидаемым дистантным ФПУ-резонанснымэпигенетическим полевым влиянием (пассивным переносом) облучен-ных хромосом на интактные. Аналог такого явления уже продемонст-рирован нами на эмбриональной ткани лягушки [2 ]. В варианте 3б+обнаружен принципиально иной феномен, собственно и являющийсяосновной целью работы, а именно — высоко достоверное снижениеуровня хромосомных аберраций под влиянием двух факторов: кодовыхвербальных структур и доноров, т. е. интактных геномов контрольныхнеоблученных рентгеном семян. Эти факторы обеспечили снижениеуровня аберраций в два раза — с 59,6% (За+) до 30,5% (36+). Вариан-ты За+ и 36+ отличаются друг от друга только отсутствием или нали-чием кода человека-оператора. Когда в этих подвариантах работаеттолько генератор ФПУ, то доноры (рентген-облученные семена) вли-яют на акцепторы (необлученные рентгеном семена) отрицательно. Упоследних уровень аберраций резко и достоверно возрастает даже поотношению к рентген-облученным семенам, но он вдвое падает, когдав генератор ФПУ вводятся коды. При этом донором положительнойинформации служат интактные контрольные семена. Следовательно,без вербальных кодов преобладает отрицательная информация от по-раженных геномов, а при использовании кодов преобладает положи-тельная информация от нормальных геномов.

Таблица 3

Действие генератора ФПУ на интактные и рентген-облученные (2000г)семена ячменя

АНАЛИЗ ТАБЛИЦЫ 3

В таблице 3 даны результаты такой же работы с 2000г-облучен-ными семенами ячменя сорта «Г2». Видно, что геном этого растенияболее устойчив к рентгену по сравнению с пшеницей, но общий харак-тер ответов в вариантах la-в, 2а-в и За сохраняется. Однако, в 36 эф-фектов взаимных информационных влияний и снятия аберраций об-наружить не удалось, возможно, по причине общего низкого уровнярентгено-повреждений и малой восприимчивости к ФПУ-полю.

Таблица 4

Действие генератора ФПУ на интактные и рентген-облученные (10000г)семена пшеницы

243242

АНАЛИЗ ТАБЛИЦЫ 4

В таблице 4 приведены данные по аналогичным воздействиямФПУ, но на семена пшеницы «Энита», облученные высокой дозой10000г. Как и следовало ожидать, такое рентген-облучение оказалосьлетальным и необратимым в отношении повреждения генома.

Таблица 5

Действие генератора ФПУ на интактные и рентген-облученные (10000г)семена ячменя

АНАЛИЗ ТАБЛИЦЫ 5

Устойчивость семян ячменя оказалась адекватной дозе 10000r порезультату анализа ФПУ-воздействий (таблица 5). В варианте 4а уро-вень аберраций составил 31,0%, в варианте 46 — 47,1%, в варианте4в — 12,3%. Разница между ними высоко достоверна. Закономерностьискусственной регуляции уровня хромосомных аберраций аналогичнаполученной на облученных 2000г зернах пшеницы: режим «ФПУ-кон-троль» дополнительно к уже приобретенным рентген-аберрациям уве-личивает число хромосомных поломок в митозе, а режим «ФПУ-код»снижает их уровень почти до фонового.

Представляется важным выяснить, можно ли защитить геном отрентген-повреждений превентивно, заранее введя соответствующуюкодовую информацию в семена, которые только после этого получаютзаведомо травмирующую дозу жесткого излучения. В 56 варианте та-кая методика была апробирована: интактные зерна ячменя помещалив ФПУ-генератор и вводили адекватный код, после чего их облучали10000г. Затем перемешивали с новой порцией интактных зерен (К) иснова обрабатывали в режиме «ФПУ-код». В итоге уровень аберрацийвысоко достоверно снизился почти до фонового, сравнимого с вариан-том 4в. Таким образом, код может вызвать как пост-рентгеновскую ре-

парацию генома, так и заранее создать некую пре-защиту и (или) ре-жим сверхбыстрой реконструкции хромосом до нормы. В режиме 5ауровень аберраций по сравнению с 46 также снижается, хотя незначи-тельно, но достоверно, что говорит о влиянии интактных семян (К) наоблученные 10000г (R10), которое уже было отмечено нами на пше-нице (таблица 2, режим 36). Поскольку код кроме семантической на-грузки несет и контекстные слои информации, связанные с эмоциямии т. д., то было целесообразно проверить влияние психологических на-строев на эффективность защиты растительного генома с помощьюФПУ-резонансов. Кроме того, логично было проверить, срабатываетли принцип инвариантности кодов при одном и том же смысловом со-держании (использование русских, английских и немецких языковыхкодов-команд). Такие эксперименты в варианте 2 были поставлены исведены в таблицу 6.

Таблица 6

Действие генератора ФПУ, электромагнитное поле которого дифференцированномодулировано кодами, на рентген-облученные (2000г) семена пшеницы

АНАЛИЗ ТАБЛИЦЫ 6

Это была специальная серия опытов, проделанная на пшенице изпартии зерен от другого урожая, поэтому абсолютные цифры аберра-ций отличаются от тех, что приведены в таблице 2.

Из таблицы 6 видно, что уровень аберраций, как это мы уже кон-статировали, достоверно растет при облучении рентгеном и дополни-тельно достоверно растет при воздействии в режиме «ФПУ-контроль».

245244

Если при этом вводить через резонансы ФПУ коды отрицательного ха-рактера с адекватным психологическим настроем, то уровень аберра-ций еще достоверно возрастает. Если вводить положительную инфор-мацию с соответствующим психо-настроем, уровень аберраций досто-верно и резко снижается и становится ниже, чем у рентген-облучен-ных семян, но вновь достигает уровня рентген-облученных, если вво-дить бессмысленный код. Английский и немецкий модификации кодов,инвариантных по содержанию обычным русским, снижающим аберра-ции, дали четкую тенденцию к уменьшению повреждений хромосомниже чем у рентген-облученных семян.

Таким образом, обнаруживаются тонкие детали в психоэмоцио-нальном, вербально-семантическом ФПУ-регулировании важнейшегодля биосистем процесса репарации и самоорганизации генома.

7.2. Обсуждение результатов

Существующие объяснения дальних информационных взаимодей-ствий молекулярных и субклеточных структур, процессы их взаимоуз-наваний в актах самоорганизации биосистем нуждаются в поправках,учитывающих другие уровни работы, в частности — генетического ап-парата, а именно образно-знаковые уровни, ассоциированные с pa6o-той нервной системы, сознанием человека. Представляется, что ФПУ-процессы, развивающиеся в нервном импульсе и зависимые от первич-ной структуры РНК нейронов [9 ], и ФПУ-подобные и иные знаковыепроцессы в ДНК, обнаруженные нами [2, 10 ], имеют информацион-ный контакт на супергенетическом мыслительно-речевом уровне, чтосоответствует принципам лингвистической генетики [5 ] и квази-рече-вым характеристикам ДНК, РНК и белков [4, 6, 10]. Главный недо-статок существующих трактовок работы генома — в упрощенных по-пытках вывести дальние информационные взаимодействия в геноме изближних (водородных, ван-дер-ваальсовых, ионных), которые несом-ненно действуют, но только наряду с ориентациями в пространстве-времени клетки, связанными с акустико-электромагнитными полямибиополимерных структур (и, возможно, с аксионным газом). А науровне сознания, т. е. работы главным образом нейронов головногомозга, включаются дополнительные фундаментальные процессы. Онисвязаны с полем сознания и структурой физического вакуума [11]. Од-ним из проявлений таких процессов может выступать репарация по-врежденных ДНК и хромосом при взаимодействии сознания (речи) с

ФПУ-процессами в поврежденных хромосомах и в генераторе ФПУ,моделирующем волновые процессы генома.

В природе самоорганизация поврежденных ДНК и хромосом про-исходит естественным путем, но очень медленно и с низкой эффектив-ностью. К примеру, известный вариант, когда происходят «сшивки»двойных разрывов ДНК или инверсии делений хромосом. Будем счи-тать, что в таких разрывах ДНК присутствуют «липкие» концы. При-мем, что водородные связи комплементарных «липких» концов ДНКучаствуют во взаимоузнавании на конечном этапе после дальних ре-зонансных электромагнитных «комплементарных» взаимодействий(поисков друг друга) разорванных концов ДНК. Такое предположениеосновывается на том факте, что недавно в низкотемпературных спек-трах комбинированного рассеяния дезоксинуклеотидов нами обнару-жены пересекающиеся частоты для канонических пар А-Т, Г-Ц в об-ласти 40—120 см"'. Это может свидетельствовать в пользу резонанс-ного поиска комплементарных пар оснований ДНК IN VIVO, начина-ющегося с зондирующего радиодиапазона излучений полинуклеотид-ных цепей [6 ], т. е. именно с дальних взаимодействий. Это же под-тверждает и другая наша работа [7 ], в которой дезоксинуклеозидтри-фосфаты в кристаллическом состоянии люминесцируют при двухфо-тонном возбуждении в диапазоне 300—400 нм. При этом спектры ком-плементарных пар А-Т и Г-Ц имели близкие по частотам главные мак-симумы. Однако, такие резонансные взаимодействия являются лишьпервичными актами квази-разумной деятельности генома, вовлекае-мыми в высокие информационные процессы сознания. Эти данныеподтверждают ранее высказанные гипотезы [1—3, 8] относительнофункционирования генетического аппарата высших биосистем в режи-мах собственной самоорганизации и образно-знакового управленияморфогенезом. Они расширяют их за счет введения элементов лингви-стической генетики и подхода к последовательностям нуклеотидовДНК как рече-подобным структурам, взаимодействующих с сознани-ем и речью человека. Семиотико-семантическое толкование последо-вательностсй ДНК выводит трактовку генома в иное измерение. Здесьпрежде всего необходимо сформулировать понятие «слова»; и в этомсмысле можно использовать закон Ципфа «наоборот», т. е. найти такиеполинуклеотидные последовательности, которые бы удовлетворяли еготребованиям. Солитоны ДНК, как в рамках ФПУ-процессов, так и придругих нелинейных возбуждениях ДНК, в этом случае могут высту-пать как механизм «озвучивания и визуализации речи ДНК». «Визу-ализация» может быть понята, в частности, с позиций голографиче-ской памяти генома [l].

247246

ЛИТЕРАТУРА

1. Гаряев П. П., Васильев А. А., Березин А. А., ГИПОТЕЗА. Независимый научныйжурнал. № 1, с. 24—43, (1991); № 1, с. 49—64, (1992).

2. Gariaev P. P., Chudin V. I., Komissarov G. G., Berezin A. A., Vasiliev A. A., Proc.iPIE, v. 1621, 280—291 (1991).

3. Berezine A. A., Kukushkin P. В., Andriankin E. Т., Physica Scripla, v. 38, p. 719,1988).

4. Katsikas A. A., Nicolis J. S., Nuovo Cim. D., v. 12, № 2, 177—195, (1990).5. Маковский М. М., Лингвистическая генетика., М.: Наука, (1992).6. Гаряев П. П., Горелик В. С, Моисеенко В. Н., Попонин В. П., Чудин В. И.,

Цеглов В. А. Физический институт им. П. Н. Лебедева, Краткие сообщения по физике,49 1, 2, с. 33—36 (1992).

7. Агальцов А. М., Гаряев П. П., Горелик В. С, Щеглов В. А., Квант, электрон.,1994, в печати).

8. Мосолов А. Н., в кн.: «Успехи современной генетики», вып. 9, с. 184—202, М.:1аука, (1980).

9. Березин А. А. Анализ принципов формирования и распространения нервных им-1ульсов с позиции теории солитонов в длинных линиях передачи. ВИНИТИ ДЕП,<° 6852-В86, 09.09.1986 г.

10. Гаряев П. П., Васильев А. А., Григорьев К. В., Попонин В. П., Щеглов В. А.<раткие сообщения по физике ФИАН, №№ 11, 12, с. 63—69, (1992).

11. Шипов Г. И., Теория физического вакуума. НТ-Центр. М. 362 с. (1993).

248

8. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ДОПОЛНЕНИЯПО ФПУ-ВЕРБАЛЬНЫМ ПЕРЕНОСАМСУПЕРГЕНЕТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

8.1. Экспериментальное дополнение

(Опыты с растением Арабидопсис, проведенные в Институте Об-щей Генетики РАН совместно с В. И. Абрамовым; и опыты, проведен-ные в НИИ с/х биотехнологии совместно с В. А. Внучковой, Г. А. Ше-лспиной и Г. Г. Комиссаровым).

8.1.1. Псевдомутагенез, вызываемый ФПУ-опосредованнымикодовыми вербальными командами человека-оператора

10-187 249

К — контрольный вариант — семена той же линии выращивали без каких-либо воз-действий, (т—а) — гетерозиготные по летальной мутации; (т—Ь) — мутированныестручки; (т—с) — эмбриональные мутации.

Как видно из таблицы, все мутантные растения химерны. Это сви-детельствует о том, что семена (взятые для анализа) изначально несодержали мутаций, не считая фоновых (спонтанных).

Частота эмбриональных летальных мутаций, наблюдаемая в кон-трольном варианте, соответствует спонтанной частоте, характернойдля арабидопсиса.

Из представленной таблицы видно, что действие фактора перено-са на семена, находившиеся в одной пробирке, приводит к значитель-ному повышению частоты эмбриональных летальных мутаций. Дейст-вие фактора переноса на семена, находившиеся в двух разных пробир-ках, не столь эффективно, как при действии его на семена в одной про-бирке, однако и в первом, и во втором случаях — различия с контро-лем статистически достоверны.

Полученные результаты позволяют сделать некоторые предвари-тельные выводы.

1. Фактор переноса, при действии на семена, находящиеся в не-посредственной близости друг к другу (в одной пробирке), обладаетвысокой мутагенной активностью, соизмеримой с действием ионизи-рующих излучений в дозе 250—300 Грэй.

2. При действии фактора переноса на семена, находящиеся на до-статочно отдаленном расстоянии друг от друга (в разных пробирках),имеет место снижение мутагенной активности фактора переноса. Воз-можно, за счет переноса информации с нормальных аллелей семян изодной пробирки на мутантные аллели семян в другой пробирке и нао-борот. Результатом последнего будет исправление мутантных аллелей,что и привело к наблюдающемуся снижению частоты мутаций в дан-ном варианте.

То, что полученные результаты не являются демонстрацией три-виального мутагенеза — ясно из следующего. Электромагнитные поляФПУ-генератора такой мощности (порядка единиц микроватт) не спо-собны прямо повреждать ДНК, подобно высоким дозам ионизирующихизлучений. ЕСЛИ бы имел место просто мутагенез, частоты мутацийбыли бы одинаковы как для одиночной пробирки, так и для двух про-бирок, а этого не наблюдается с высокой достоверностью. Поэтомутакие явления могут быть поняты как мутагено-подобные (МП). Веро-ятно, в процессе кодовых воздействий, содержащих вербальные коман-ды на взаимный обмен эпигеноинформацией между семенами, проис-

ходят хаотические транспозиции волновых матриц хромосом. Это оп-ределяет МП-дезорганизацию морфогенеза растений с фенотипиче-скими проявлениями квази-мутаций. При этом эффективность внед-рения волновых матриц естественно выше у семян, находящихся водиночной пробирке.

Разделение на две пробирки приводит к взаимному «гашению»эффекта.

8.1.2. Ускорение роста, вызываемое ФПУ-опосредованнымикодовыми вербальными командами человека-оператора

Увлажненные семена Arabidopsis taliana делили на две части и по-мещали в стеклянные пробирки. Первую часть помещали в антеннувключенного ФПУ-генератора и вводили кодовые вербальные командына ускорение роста в определенной стадии развития растения (опыт).Вторую часть (контроль) также помещали в антенну включенногоФПУ-генератора, но вводили бессмысленные вербальные команды. Се-мена высевали и выращивали в одинаковых условиях. Как видно нарис. 1 и рис. 2 контрольные растения существенно меньше по сравне-нию с опытом.

Обнаруженные эффекты псевдомутагенеза и ускорения ростаArabidopsis taliana, вызываемые человеком-оператором посредствомвербальных команд, которые модулируют солитонное поле ФПУ-гене-ратора, еще раз в определенной мере подтверждают положение о том,что языки генома и человеческая речь имеют общие корни и универ-сальную грамматику. Еще раз демонстрируется, что солитонное полеФПУ-генератора, моделирующее поле ДНК и хромосом, может слу-жить волновым посредником между высшими кодами человеческой ре-чи и полевыми кодами хромосомного аппарата.

8.2. Теоретическое дополнение

Общность знаковой структуры человеческой речии последовательностей ДНК.

(по материалам совместных исследований с М. Ю. Масловым(Математический Инст. РАН) и А. А. Поликарповым

(филологического ф-та МГУ)).

1. Ставшее уже традиционным применение семиотико-лингвисти-ческой терминологии по отношению к гено-функциям ДНК и РНК, ве-

251 .10*250

роятно, оправдано, однако, носит пока, в основном, метафорическийхарактер. Употребляют такие слова как «чтение» (например,— чтениерибосомой иРНК), «трансляция» (перевод последовательностей иРНКв белки), «пунктуация» (стартовый и столовый кодоны), «слова» (ус-ловно выделенные нуклеотидные последовательности), пурин-пири-мидиновая «каллиграмма», широко пользуются терминами «языкДНК», «язык белков» и т. д. Это удобно, но насколько корректно?Взятая как бы взаймы, семиотическая логика этих понятий ведет вседальше, появляются еще более обязывающие термины, типа «узнава-ние промотора» [25 ], что является параллелью к семиотическому яв-лению намекания. Кто или Что является в живой клетке субъектамигенерации нуклеиновых «текстов» с последующей трансляцией в бел-ковые, а затем их «чтения»? Такое использование специфической тер-минологии — следствие молчаливо принимаемой версии работы гено-ма как биокомпьютера с присущим ему квази-сознанием. При этом та-кой биокомпьютер, как показали наши исследования, обладает голо-графической памятью и, соответственно, способностью генерировать ираспознавать образы, частным случаем которых может выступать Сло-во [5, 2 ]. Кто создатель хромосомных программ, т. е. собственно гене-тических текстов? При таком подходе к возникновению знаковых ря-дов в генетических молекулах ссылки на дарвиновскую эволюцию ока-зываются недостаточными [25, 5, 18, 20, 27] и снова возникает необ-ходимость вернуться к пантеизму Спинозы или к Абсолютной Идее Ге-геля, но на современном уровне Теории Единого Поля Эйнштейна, за-вершенной Шиповым и развитой им как математическая Теория Фи-зического Вакуума [19]. Физический Вакуум Шипов понимает какПоле Сознания, отчуждающее Мир Бытия, в том числе и знаковыеструктуры генетического аппарата организмов планеты Земля.

Компьютерно-семиотический подход к изучению ДНК, предлага-емый нами и другими [5, 13 ], наверное, плодотворен, и настоящее ис-следование является следующей нашей, после работы [16], попыткойразобраться, действительно ли некоторые понятия лингвистики и се-миотики применимы к «геноязыку».

2. Теоретической основой нашего подхода является э к о л о г о-с е м и о т и ч е с к а я модель языка, модель его ситуативной адап-тации и самоорганизации [11, 26, 12]. Язык в ней определяется какособый, коммуникативный, вид естественных классификационных си-стем.

Классификации, возникающие в таких условиях, состоят из осо-бых, коммуникативных, абстракций, называемых з н а ч е н и я м и .Функция этого типа классификации заключается в том, что посредст-

253252

вом активации ее элементов (значений) в отражательной системе пар-тнера (достигаемой через посылку некоторых физических объектов-посредников, называемых з н а к а м и ) , можно ему намекнуть накакие-то иные, специфические, практически значимые образы( с м ы с л ы ) .

Классификационные процессы в живой природе заключаются вотражении окружающей среды в форме образов, затем в их сравнениии последовательном обобщении, генерализации (т. е. выделении-уси-лении общих, повторяющихся и опущении специфических компонен-тов из содержания исходных образов). На этой основе образуются всеболее и более абстрактные образы, формирующие как определеннуюиерархию, «пирамиду» образов с расширяющимся объемом области,подпадающей под каждый из более абстрактных образов, так и опре-деленные аспектуальные подсистемы абстракций. Эти процессы слу-жат основой для ориентации, для выживания любого живого существав свойственной ему среде. Типичный набор ситуаций жизнедеятельно-сти индивидов данного вида заставляет формировать в их отражающейсфере некую систему иерархически (или аспектуально) соположенныхобразов-абстракций. Наиболее специфические, наиболее конкретныеобразы соответствуют конкретным видам ситуаций жизнедеятельно-сти, более абстрактные образы отображают наиболее общие, устойчи-вые, повторяющиеся характеристики ситуаций, соответствующие ти-пам ситуаций.

Ситуации практической жизнедеятельности формируют практи-ческие естественные классификационные системы. Ситуации комму-никативной жизнедеятельности формируют коммуникативные естест-венные классификационные системы. Коммуникативные ситуациипротивопоставлены практическим ситуациям тем, что в них ставятсяи достигаются цели не непосредственно практически значимые (добы-вание пищи, нахождение укрытия, убегание от хищников и т.п.), а за-ключающиеся в «передаче» информации партнерам по общению, ко-торую можно впоследствии использовать при необходимости в тех илииных практических актах жизнедеятельности.

В качестве значений обычно используются какие-либо из доста-точно абстрактных образов, прежде выработанных в ходе той или инойпрактической деятельности. Однако в ходе коммуникативной деятель-ности могут вырабатываться и специальные, только в коммуникациииспользуемые значения (например, в естественном языке — значенияслужебных слов и служебных морфем).

Достаточно высокий уровень абстрактности значений, их относи-тельная немногочисленность в сравнении со смыслами способствует

поддержанию относительного тождества их набора у каждого из чле-нов социума, способствует единству языка (достигаемому в приемле-мом объеме в коллективе на основе взаимного общения-обучения егочленов).

Сложности с приложением общесемиотических понятий, вырабо-танных преимущественно на основе анализа социальных коммуника-тивных систем, к системам генетической коммуникации возникаютуже на этапе отождествления в них отправителей и получателей, а темболее — тех различных знаков и их функций, которые при этом ис-пользуются. С одной стороны, отправителем, субъектом генетическойкоммуникации, может рассматриваться геном клетки, в различных ус-ловиях, в различных окружениях, на том или ином этапе развитияклетки (и, возможно, того многоклеточного организма, в который онавключена) по-разному осуществляющий свою регулятивную и комму-никативную (а точнее — регулятивную через коммуникативную) ак-тивность в отношении прочих подсистем клетки. Эти прочие подсисте-мы клетки в этом случае рассматриваются в качестве получателя. Сдругой стороны, генетическая коммуникация осуществляется и междугеномом клеток-родителей и геномом клеток-потомков, но не в преде-лах данной биосистемы, а на уровне сообществ, популяций организ-мов. В этом случае генобиознаковые процессы выходят на более высо-кий уровень, реализуя межпопуляционные обмены «генотекстами».

И разумеется, в таком случае первоначальной проблемой являет-ся сегментация генетических сообщений на значимые последователь-ности, выявление их функционально релевантных комбинаций, знако-вых единиц различного уровня (аналогично, например, морфемам,словам, словосочетаниям, предложениям и т. п. естественного языка),выявление их типовых функций (значений), границ диапазона «кон-текстуальной» реализации этих типовых функций, типов релевантныхконтекстов и т. п.

3. Одним из кажущихся свидетельств того, что ДНК-«тексты» яв-ляются текстами в семиотическом смысле (ключевым признаком кото-рых являются последовательности слов, объединенных смыслами) слу-жит соответствие статистики распределения ДНК-слов закону Ципфа-Крылова [15]. А. А. Катсикас и Д. С. Николис первыми обнаружилислабое соответствие распределения пуринов и пиримидинов в последо-вательностях ДНК этому закону [24 ]. Однако, как показывают работыБ. А. Трубникова [15], этот закон справедлив не только для биологи-ческих объектов. Среди тех объектов, которые хорошо описываютсяим, встречаются и такие, как распределение звезд по массам в звезд-ных скоплениях, распределение химических элементов по массам в

255254

земной коре и т. п. Поэтому соответствие закону Ципфа-Крылова неможет служить единственным критерием для отбора словоподобныхединиц из ДНК-текстов. Но вместе с тем он позволяет путем селекциипо этому признаку обогатить фракцию последовательностей ДНК —претендентов на роль «слов» (или других знаковых единиц).

Обнаруживается и другое кажущееся свидетельство в пользу ти-пологического родства слов человеческой речи и «слов» ДНК, пред-ставленное в некоторых работах по «лингвистической генетике», изу-чающей закономерности развития языков [9 ]. Оказывается, словооб-разование в языковом онто- и филогенезе подчиняется законам, сход-ным с законами формальной генетики с менделевским расщеплениемморфологических и смысловых признаков, передаваемых «словам-гиб-ридам» от «слов-родителей», с доминантными и рецессивными призна-ками, с транспозициями корневых структур, мутациями и т. д. Одна-ко, как кажется, и этот признак не может рассматриваться в качестведостаточного аргумента в пользу семиотической природы ДНК, т. к.количественные законы формальной генетики естественно объясняют-ся на основе действия статистико-комбинаторных механизмов, не яв-ляющихся специфичными только для биосистем.

Для изучения генетической коммуникации как аналога речевогопроцесса требуется наряду с нахождением в последовательностях нук-леотидов ДНК макросвойств, аналогичных макросвойствам человече-ской речи, найти хотя бы фрагментарные подтверждения действиязнаково-намекательных механизмов в генетической коммуникации идалее — сегментировать, т. е. искать естественные границы междуучастками генетических сообщений (знаками различного рода и уров-ня), выявлять те функции (значения), которые предположительносвойственны каждому из этих знаков и т. п.

Важна также идея, что если ДНК выполняет управленческиефункции на уровне контроля за развитием организма, то речь людей,кодирующая идеи, учения и законы, выполняет те же функции управ-ления, но фрактально увеличенные до уровня общественного организ-ма, который также, как и его составляющие (люди), растет, развива-ется, сливается с другими общественными организмами, дает потомст-во, стареет и умирает. Такие социо-генетические процессы, реализу-ющиеся через одну из своих главных знаковых систем, через речь,нуждаются в последующем изучении. Может оказаться эвристическиполезной мысль о том, что в генетическом аппарате существуют под-системы не только «текстового» плана, но и системно-инвентарного,типа «грамматик» и «словарей» знаковых единиц различных уровней,

используемых в качестве эталонов для контроля правильности постро-ения и наполнения «текстовых» структур.

4. Идея квазивербального или, что одно и то же, образного уровнякодовых функций ДНК (в пределе — хромосомного континуума био-системы) дает выход из ограниченного функционального поля трип-летного генетического кода, не объясняющего — как в геноме зашиф-рована пространственно-временная структура организма [5, 27, 2 ].

Конечная, но пока не достигнутая цель предлагаемого анализа -выделение знаковых единиц различных уровней и понимание их се-мантики в функциональном пространстве многомерных взаимных ото-бражений ДНК-РНК-БЕЛКИ-ОРГАНИЗМ, которое, по крайней мередля ферментов, чрезвычайно гетерогенно (активный центр, сайты уз-наваний, архитектоника водородно-гидрофобных сил самоорганизациипептидной цепи). Многоязычный метаболический «разговор» междуинформационными биополимерами клетки и их функционированиекак результат обмена языковыми биосигналами выявляет два взаимнокоррелированных уровня этого обмена — вещественный и волновой.Вещественный хорошо изучен (матричное копирование ДНК-РНК-Белки, взаимодействие антиген-антитело, самосборка клеточныхструктур), а тесно связанный с ним волновой уровень — изучен вменьшей степени. В последнем случае ситуация не так проста, но неменее значима. Электромагнитные и акустические излучения белков,нуклеиновых кислот, мембран и цитоскелета хорошо известны. Пред-ставляется, что именно волновой уровень информационных контактовклеточно-тканевого пространства выводит метаболические процессы вполевое измерение со своей языковой спецификой и регуляцией [5, 18,2,22].

В акустико-электромагнитной компоненте сигнальных функцийДНК наблюдается фрактальность солитонного поля, формально опи-сываемого уравнениями в рамках явления возврата Ферми-Паста-Улама [5, 2, 22 ]. Существенно, что прямые эксперименты показываютпринципиальную возможность распознавания геномом некоторых би-осистем смысловых структур искусственных фрактальных солитонныхполей — аналогов хромосомных, но дополнительно промодулирован-ных человеческой речью на различных языках [6 ]. Это, по крайнеймере, свидетельствует о том, что принципиально возможен коммуни-кативный контакт с помощью устной речи на различных естественныхязыках между хромосомным аппаратом и сознанием человека и хоро-шо соответствует фундаментальному положению лингвистической ге-нетики о выполнимости законов формальной генетики для гибридныхсловообразований [9].

257256

Можно полагать, что в живых клетках существует иерархия ве-щественно-волновых знаковых структур, где условную градацию «бук-ва (фонема) — морфема — слово — предложение ...» определяет фрак-тальность этих структур. И то, что в одном масштабе является «сло-вом», в другом, более крупном, может быть лишь «буквой», а то, чтобыло «предложением» редуцируется в «слово». Другой нюанс связан спонятием «рамки считывания», первоначально предложенный для ге-нетических «текстов». Сдвиг на одну букву или, в случае знаковых фи-зических полей хромосом,— небольшое изменение фазы, поляриза-ции, частоты может полностью поменять смысл читаемого текста (вос-принимаемого образа). Ситуация еще сложнее, если учитывать, чтосами «тексты», к примеру, в одних и тех же последовательностях ДНК,могут быть записаны разными языками. И тем не менее, предлагаемаялогика работы с метаболической, вещественно-волновой биоинформа-цией неизбежна, если мы хотим понять сущность феномена Жизни.Сказанное не относится исключительно к известному триплетному ге-нетическому коду. Он удобен как исходная позиция, когда дешифро-ван первичный уровень поликодов ДНК, уровень вещественно-мат-ричных геносигналов, составляющих 1% — 5% от всей массы геном-ной ДНК. Оставшаяся большая часть ДНК, существующая в понима-нии большинства генетиков в качестве «мусорной», может нести, какпредставляется, стратегическую информацию о биосистеме в формепотенциальных и действительных волновых сигналов солитонной, го-лографической и иной образно-знаковой, в том числе и, возможно,—рече-подобной структуры [5, 27, 2, 9, 22, 3, 4, 16].

5. Для дальнейшего конструктивного развития круга идей, свя-занных с пониманием фрактальных закономерностей устройства гено-ма высших биосистем и естественного языка человека существенно хо-тя бы для начала на ряде примеров показать возможные проявленияэтого свойства. Например, к анализу генетических текстов можно по-дойти с позиций их фрактального представления, в рамках т. н. ChaosGame Representation (CGR-представления), т. е. компактного и на-глядного графического представления нуклеотидных последовательно-стей ДНК [23 ]. Процедура построения этого представления описыва-ется следующим образом: все основания представляются как точки вквадрате; каждому типу азотистых оснований «аденин — гуанин —цитозин — тимин» (начальные латинские буквы А, Т, G, С) ставитсяв соответствие вершина квадрата; первое основание последовательно-сти изображается точкой, находящейся на середине отрезка, соединя-ющего центр квадрата и соответствующую вершину квадрата; каждоепоследующее основание изображается точкой, лежащей на середине

отрезка, соединяющего предыдущую точку и соответствующую вер-шину квадрата (см. рис. 3).

Коротко сформулируем некоторые существенные свойства CGR-представления:

Свойство 1. Каждая последовательность имеет единственноеCGR-представление; разные последовательности имеют различныеизображения.

Свойство 2. Для любой точки квадрата можно указать последова-тельность, последняя точка изображения которого будет на любом какугодно малом наперед заданном расстоянии.

Свойство 3. При рассмотрении совокупности изображений всевоз-можных последовательностей из алфавита (А, Т, G, С) оказывается,

259258

Замечание. Этот алгоритм можно рассматривать как (еще одно)доказательство того, что точек, содержащихся в отрезке, «столько же»,сколько и точек, содержащихся в квадрате.

Мы предлагаем использование основной идеи CGR для представ-ления в графическом виде языков с большим, чем четыре, числом сим-волов в алфавите. Можно рассматривать, например, CGR-представле-ние единиц текстов любого языка, в том числе, естественного и гене-тического. Предлагается более развитый вариант CGR-представлениядля языков с любым числом символов в алфавите, который удовлетво-ряет свойствам 1—3. Этот подход обобщает представление, использо-ванное в работе [23 ]. Опишем его сначала для случая нуклеотидногоалфавита из четырех символов.

Разделим квадрат на подквадраты (в данном случае их четыре) ипоставим каждому из них в соответствие символы алфавита А, Т, G,С. Каждая из четвертей подобна всему квадрату; поэтому его можноотобразить в любую из его четвертей с помощью параллельного пере-носа и масштабирования с коэффициентом г = 1/2. Это отображениеявляется взаимно-однозначным. «Пустую» цепочку символов будетизображать центр квадрата. Каждый последующий символ определяетотображение всего квадрата в соответствующую четверть. Графиче-ским изображением этого символа будет образ графического изображе-ния предыдущего символа; в частности, изображением первого симво-ла будет образ центра (см. рис. 3).

Очевидно, что в случае алфавита из четырех символов этот алго-ритм приведет к такому же результату, что и алгоритм, используемыйв [23].

Если мы изменим коэффициент масштабирования (например, г == 1/6) и, соответственно, число уменьшенных копий квадрата, кото-рые его покрывают (в данном случае их 36), то мы сможем получитьграфическое представление текста, например, на русском языке, по-ставив в соответствие каждой из 33-х букв русского алфавита один изподквадратов. Очередной символ определяет, как и раньше, отображе-ние в соответствующий подквадрат; графическим отображением этого

символа будет образ графического изображения предыдущего символа(см. рис. 4).

В работах биологов [14, 8] было предложено использовать CGR-представление для поиска функциональных участков ДНК. При этомпо каждому известному семейству генов строится некоторая распозна-ющая матрица, по терминологии авторов — «маска фрактальногопредставления набора» (маска ФПН). Для определения меры близостимежду заданной нуклеотидной последовательностью и семейством по-следовательностей предлагается некоторая мера сходства, использую-щая маску ФПН. Как утверждается в этих работах, метод масок присравнении с другими известными методами выигрывает в эффективно-сти (количество операций зависит линейно от длины распознаваемойпоследовательности) и простоте реализации. Описываются также ре-зультаты, полученные с помощью этого метода.

Нам представляется, что метод масок может оказаться полезными в лингвистике (и в семиотике, в целом), в частности — для опреде-ления близости текстов на естественном языке. В качестве образцов

261260

мы взяли три текста примерно одинакового объема (около 300 тыс.употреблений символов из русского алфавита):

Текст 1. Стивенс А. Техника программирования на Турбо Си.(пер. с англ.)

Текст 2. Шилдт Г. Си для профессионалов, (пер. с англ.)Текст 3. Гаряев П. Волновой геном.Первые два текста тематически близки. На рисунках 5-7 видно,

что CGR-представления Текста 1 и Текста 2 сходны между собой и за-метно отличны от CGR-представления Текста 3.

Существенной интегральной типологической характеристикойтекстов, как кажется, может оказаться фрактальная размерность ихCGR-представления [23 ]. Для определения фрактальной размерностимы использовали алгоритм подсчета клеток (см., напр. [17]). Приэтом для простоты мы использовали CGR-представление на одномер-ном, а не двумерном носителе (т. е. на отрезке, а не на квадрате). Внашем примере с тремя текстами ситуация следующая: глобальныефрактальные размерности CGR-представления Текста 1 и Текста 2близки (D1 = 0.71 и D2 = 0.73 соответственно) и сильно отличаются отглобальной фрактальной размерности Текста 3 (D3 = 0.87). Заме-тим, что фрактальная размерность CGR-представления «случайного»текста (т. е. последовательности символов, в которой каждый последу-ющий символ выбирается с одинаковой вероятностью и независимо отпредыдущих) равна 1. С другой стороны, фрактальная размерностьCGR-представления текстов, состоящих из последовательности повто-рений какого-либо одного символа, например, «ааааа....» равна 0. По-этому, видимо, фрактальная размерность D текстов естественных язы-ков, варьирующая в диапазоне 0<D<l, может служить определенноймерой сложности структуры сопоставляемых текстов (и, возможно,мерой сложности их смысла). В данном случае структура текста рас-сматривается на уровне буквенных последовательностей, которая, всвою очередь, в силу фрактальных отношений в текстах естественногоязыка, является производной от структуры словесных последователь-ностей, и, в конечном счете, от относительного богатства лексическогосостава текстов и сложности его содержания. Тем самым, как видно,обнаруживается возможность интегральной оценки семиотическогообъекта по его характеристикам, получаемым на основе анализа про-стейших единиц его структуры (в данном случае — буквенной).

Этот вывод имеет большое методологическое значение и для ана-лиза такого знакового объекта, как тексты ДНК и геном высших био-систем в целом. Дело в том, что в настоящее время структура «тек-стов» ДНК известна, в основном, на уровне триплетного генетического

262263

264 265

кода. Многие из остальных единиц и уровней знаковой организацииДНК до сих пор не изучены. Биологии предстоит пройти еще большойпуть, прежде чем картина смысловой структуры генетического аппа-рата станет относительно ясной (поэтому нам непонятен излишний оп-тимизм, проявляемый, например, в работе [13], при семиотическоманализе ДНК и сведении ее смысловых рядов исключительно к «сло-вам» триплетов (кодонов) хромосомной ДНК). Однако, уже сейчаспредлагаемая нами методология позволяет сопоставлять различные ес-тественные последовательности ДНК и РНК с оценкой меры их сход-ства и различия, а также степени относительной сложности их знако-вой структуры [10]. Эта же идеология применима, вероятно, и к ана-лизу человеческой речи.

6. Если мы правы в своих логических построениях и располагаемдоказательными экспериментальными данными, то открываются но-вые стратегические мотивы в понимании мышления и сознания черезего отображения в знаковых (смысловых) рядах на разных уровнях ор-ганизации Живой материи — на уровне человеческой речи (высшаяформа сознания) и «речи» генетических молекул (выражающей квази-сознание генома). Это чрезвычайно важное обстоятельство, котороееще раз наводит на мысль о возможном родстве знаковых структурДНК и речевых образований. В какой-то мере мы подтвердили указан-ное положение, показав присутствие фракталей в ДНК и человеческойречи. Это адекватно широко дискутируемой идее, что глубинные се-миотические структуры, составляющие основу языка, передаются понаследству от поколения к поколению, обеспечивая каждому индиви-дууму основу овладения языком своих предков, и что суть человече-ского языка инвариантна для всех людей, в частности по причине, су-ществования праязыка [9, 7 ].

Основываясь на работах по лингвистической генетике [9 ], мы по-лагаем, что эта инвариантность распространяется глубже, достигаямакромолекулярных смысловых («речевых») структур хромосом. Иэтому есть некоторые наши экспериментальные подтверждения [6],выводящие на существенно иные методологические подходы мягкогорегуляторного вхождения в неизвестные ранее семиотические ареалыгенетического аппарата высших биосистем.

Открывшийся новый информационный канал, соединяющий Сло-во и Геном, требует нравственно и этически взвешенного подхода, по-скольку манипуляции такого рода с аппаратом наследственности не-предсказуемы по своим потенциальным отрицательным последствиям.Если данные, полученные в работе [6 ], будут подтверждены в незави-

симых исследованиях, необходима система жестко определенных за-претов, подобная уже существующей в генетической инженерии.

ЛИТЕРАТУРА

1. Агальцов А. М., Гаряев П. П., Горелик В. С, Щеглов В. А., 1993, «Спектры не-линейно возбуждаемой люминесценции в нуклеозид-трифосфатах». Квантовая электро-ника, т. 20, № 4, с. 371-373.

2. Гаряев П. П., Васильев А. А., Березин А. А., 1991, 1992, «Геном как голографи-ческий компьютер». Гипотеза. Независ, науч. журн. № 1, № 1, 24-43; 49-64.

3. Гаряев П. П., Горелик В. С, Моисеенко В. Н., Попонин В. П., Чудин В. И., Щег-лов В. А., 1992, «Комбинационное рассеяние света на решеточных модах нуклеозид-три-фосфатов». Краткие сообщения по физике. Физический Инст. РАН, № 1-2, 33-36. Мо-сква.

4. Гаряев П. П., Григорьев К. В., Васильев А. А., Попонин В. П., Щеглов В. А., 1992,«Исследование флуктуационной динамики растворов ДНК методом лазерной корреля-ционной спектроскопии». Краткие сообщения по физике. Физический Институт РАН,№ 11-12, 63-69. Москва.

5. Гаряев П. П., 1993, «Волновой геном» (моногр.). 300с. Деп. в ВИНИТИ15.12.1993г., N 3092-В93.

6. Гаряев П. П., Внучкова В. А., Шелепина Г. А., Комиссаров Г. Г., 1994, «Вербаль-но-семантические модуляции резонансов Ферми-Паста-Улама как методология вхожде-ния в командно-образный строй генома». Журнал Русской Физической Мысли., 1994, № 1-4,17-28.

7. Гриневич Г. С, 1993, «Праславянская письменность. Результаты дешифровки».М. Изд. Общественная польза. 323 с.// Энциклопедия Русской Мысли. Т. 1.

8. Королев С. Е., Соловьев В. В., Туманян В. Г., 1992, «Новый метод глобальногопоиска функциональных участков ДНК с использованием фрактального представлениянуклеотидных текстов». Биофизика, т. 37, вып. 5, 837-847.

9. Маковский М. М., 1992, «Лингвистическая генетика». М. Наука. 189 с.10. Петров Н. Б., Маслов М. Ю., Гаряев П. П., 1994, «Эволюционный анализ 18S

рибосомальных РНК-текстов», (рукопись)11. Поликарпов А. А., 1979, «Элементы теоретической социолингвистики». М. Изд-

во Моск. Гос. Ун-та.12. Поликарпов А. А., 1994, «Закономерности жизненного цикла слова и эволюции

языка». Русский филологический вестник. М. Московский лицей, № 1.13. Ратнер В. А., 1993, «Концепция молекулярно-генетических систем управления».

Новосибирск. 118 с.14. Соловьев В. В., Королев С. Е., Туманян В. Г., Лим X. А., 1991, «Новый подход

к классификации участков ДНК, основанный на фрактальном представлении наборафункционально сходных последовательностей». ДАН, т. 319, № 25, 1496-1500.

15. Трубников Б. А., Румынский И. А., 1991, «Простейший вывод закона Ципфа-Крылова для слов и возможность его «эволюционой интерпретации», ДАН СССР, сер.мат., т. 321, № 2, 270-275.

16. Трубников Б. А., Гаряев П. П., 1993, «Семиотика ДНК». Российский научныйцентр «Курчатовский институт». Препринт ИАЭ-5690/1. 27 с.

17. Федер Е., 1991, «Фракталы». М. 240 с.18. Хесин Р. Б., 1984, «Непостоянство генома»., Наука. 472 с.19. Шипов Г. И., 1993, «Теория физического вакуума. Новая парадигма». М. НТ-

Центр. 362 с.

267266

20. Эйген М., Шустер П., 1982, «Гиперциклы. Принципы самоорганизации моле-кул». М. Мир. 180 с.

21. Berthelsen С. L., Glazier J. Л., Skolnik M. Н., 1992, «Global fractal dimension of humanDNA sequences treated as pseudorandom walks». Phys. Rev. A, Vol. 45, N 12, 8902-8913.

22. Gariaev P. P., Chudin V. I., Komissarov G. G., Berezin A. A., Vasiliev A.A., 1991,«Hologaphic memory of biological systems». Proc. of the Internation. Soc. for Optic. Eng.Optical Memory and Neural Networks. USA., Vol. 1621, 280-291.

23. Jeffrey H., 1990, «Chaos game representation of gene structure». Nucleic Acids Re-search. Vol. 18, 2163-2170.

24. Katsikas A. A., Nikolis J. S-, 1990, «Chaotic Dynamics of Generating Markov Partitionsand Linguistic Sequences Mimicking Zipfs Law»., Nuovo cimento D, Vol. 12, N 2, 177-195.

25. Lukashin A. V., Anspelevich B. G., Amirikyan B. R., Gragerov A.I., Frank-Kamenetsky M.D., 1989, «Neural Networks Models for Promoter Recognition». J. Biomol.Struct, and Dyn., Vol. 6, N 6, 1123-1133.

26. Polikarpov A. A., 1993, «On the Model of Word life Cycle»., Contributions toQuantitative Linguistics. - Dordrecht: Kluwer.

27. Shcherbak V. I., 1988, «The Co-operative Symmetry of the Genetic Code»., J. Theor.Biol., Vol. 132, 121-124.

28. Tseng H., Green H., 1989, «The Involucrin Gene of the Owl Monkey: Origin of theEarly Region»., Mol. Biol. and Evol., Vol. 6, 460-468.

268

9. «ЗАПИСЬ» ИК-ЛАЗЕРНОГО СИГНАЛА НА ДНК

Общая посылка предлагаемой версии работы генома заключаетсяв том, что он генерирует знаковые волновые структуры и он же спосо-бен их распознавать; и не только распознавать, но и запоминать. Од-ной из форм полевых коммуникаций в пределах одного генома отдель-но взятой биосистемы или между геномами таксономически близкихорганизмов могут выступать лазерные поля хромосом (см. предыдущиеглавы). В связи с этим необходима прямая экспериментальная провер-ка способности ДНК к запоминанию лазерного сигнала в пределах техдлин волн, которые предполагаются теориями Фрелиха, Поппа, Давы-дова, как используемые биосистемами в качестве эндогенных инфор-мационных посредников.

Мы поставили несколько серий экспериментов для того, чтобы по-пытаться ввести искусственный сигнал, хотя бы в форме шума, в ДНКin vitro и заставить ДНК «запомнить» сигнал на уровне ее акустики.

Для введения такого рода сигнала в нелинейно-динамическийконтинуум геля ДНК мы использовали импульсный режим работы ИКлазера Ga-As с длиной волны 890 нм, частотой повторения импульсов600 Гц со средней мощностью (min -0,8), (max -3,1) Вт и с временемоднократной ЭКСПОЗИЦИИ 4 сек.

Регистрацию воздействий лазера и подготовку образцов ДНК изэритроцитов кур вели аналогично описанному в гл. 1, ч. 2 методом спек-троскопии корреляции фотонов на спектрометре «MALVERN». Излуче-ние направляли в открытую часть кюветы с ДНК на расстоянии 10 см.

Как видим на графиках автокорреляционных функций (АКФ),такую «запись» удалось сделать. Контрольные АКФ (с 1-й по 4-ю) бы-ли записаны на больших временах дискретизации (100000 мксек/ка-нал) без воздействия ИК-лазера. Функции гладкие и остаются тако-выми неопределенно долго.

Затем ДНК облучали ИК полем лазера.АКФ с 5-й по 7-ю отобра-зили воздействие лазера в форме некоторой заметной стохастизации.Для более детального анализа результатов облучения ДНК время ди-скретизации было уменьшено до 2000 мкс/канал. С 8-й по 13-ю АКФприняли прежний вид (сгладились) и поэтому сигнал ИК-лазера по-вторили. Вновь была зарегистрирована стохастизация АКФ (14-я,15-я), которая прекратилась на 16-й АКФ. Далее, уже без дополни-тельных воздействий ИК-лазера, стохастизация АКФ, которую можнорассматривать как своего рода сигнал, стала периодически возвра-щаться (АКФ 17,19, 21, 23, 26 и т. д.). Такие повторы АКФ допустимотрактовать как одну из форм явления возврата Ферми-Паста-Улама.

269

270 271

272273

274 275

276 277

Замораживание ДНК геля в течение недели не влияет на приобретен-ную память ИК-лазерного сигнала. После размораживания, периоди-ческая стохастизация АКФ данного препарата сохраняется.

Надо отметить, что понимание АКФ в данном временном режимекак стохастических — условно; тонкая структура сигнала ИК-лазераможет лежать за пределами разрешающей способности метода.

Таким образом,используя явление возврата ФПУ как феноменуниверсальной памяти нелинейных систем, удалось впервые осущест-вить запись внешнего искусственного импульсного ИК-лазерного воз-действия на нелинейной динамике ДНК, что может служить простей-шей реалистической моделью эпигено-волновых процессов in vivo, ос-новой для создания ячеек памяти на жидких кристаллах ДНК как эле-ментов искусственного биокомпьютера.

279278

СОДЕРЖАНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ 3

Часть 1. БИОМОРФОГЕНЕЗ И ЕГО МОДЕЛИ.

1. Матрично-ядерные отношения. 52. Изо- и гомоморфизм отношений ВКМ и ядра клетки. 273. Вклад эндогенных физических полей в биоморфогенез.

Качественный анализ. 434. Вклад эндогенных физических полей в биоморфогенез.

Количественный анализ 625. Математическое моделирование волновых процессов

в ДНК 99

Часть 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1. Лазерная спектроскопия ДНК. Развитие метода . . 1 2 42. Реализация метода оптического смешения . . . . 1 3 23. Последействие ДНК. 1604. Новый тип памяти ДНК? 1665. Фантомный листовой эффект 2006. Резонансы Ферми-Паста-Улама в дальних

морфо-генетических взаимодействиях биосистем. . . . 2 1 17. Вербально-семантические модуляции

резонансов Ферми-Паста-Улама как методологиявхождения в командно-образный строй генома . . . 238

8. Экспериментально-теоретические дополненияпо ФПУ-вербальным переносам супергенетическихсигналов 249

9. «Запись» лазерного сигнала на ДНК. 269

ЭНЦИКЛОПЕДИЯ РУССКОЙ МЫСЛИТОМ 5

Петр Петрович Гаряев

ВОЛНОВОЙ ГЕНОМ

Издательство Русского Физического Общества «Общественная польза»141002, Моск. обл.., г. Мытищи, ул. Б. Шараповская, 3.

Заказ№Д87Формат 60«84/16. Бумага офсетная. Печать офсетная.

Усл. печ. л. 17,5. Тираж 1000 экз. Цена свободная.

АО „Чертановская типография"113545, Москва, Варшавское шоссе, 129а.