elena_2004 (elena_2004) wrote,
elena_2004
elena_2004

Category:

Э.С. Бауэр - Теоретическая биология

Оригинал взят у dwain в Э.С. Бауэр - Теоретическая биология
... выживание приспособленных организмов в борьбе за существование является консервативным, сохраняющим виды фактором. Наоборот, невыживание в борьбе за существование является движущим видообразующим фактором эволюции. Материал для эволюции поставляют не победители в борьбе за существование,а побежденные...



Ух и долго я читал эту книгу. 350 страниц, а заняла у меня больше двух месяцев. Иногда в день осиливал 3-4 страницы. Все потому что, немного тяжко написана. Да и не технарь я. Но зато много интересного материала. Плюс заставило вспомнить как минимум несколько дисциплин из школы: биологию, математику, физику, химию. Прочитав какой-то абзац, приходилось искать в инете учебники за 10-й класс и перечитывать в поисках знакомых слов. Вообщем труд проделан не зря.
Описать всю книгу достаточно тяжко. потому проще дать ссылку на умных людей.
http://www.moikompas.ru/compas/himi
Интервью Владимира Воейкова доктор биологических наук,
профессор,зам. зав.кафедрой биоорганической химии биологического ф-та МГУ им. М.В. Ломоносова.



В 30-е годы XX века выдающийся биолог Эрвин Бауэр (Ervin Bauer) в своей оригинальной работе «Теоретическая биология» предпринял попытку сформулировать Общую теорию живой материи и обосновать принципы ее существования.
Бауэр предположил, что любая живая система - в том числе, и человек - находится в непрерывном процессе развития, который, прежде всего, определяется собственной жизненной активностью биосистемы, и лишь во-вторую очередь, средой и генетикой.

Владимир Леонидович, когда Вы впервые заинтересовались теорией Бауэра?

Об Эрвине Бауэре я узнал очень давно, лет сорок назад, когда
в издательстве Ленинградского Университета вышла книга Бориса Токина «Теоретическая биология и творчество Э.С. Бауэра».  Это было первое издание о талантливом биологе, оригинальном мыслителе и о его драматической судьбе.

Более, чем драматической. Ведь его пригласили работать в
СССР. Он откликнулся, приехал. А в 37-м оказался в ГУЛАГе.

И все-таки, в конечном итоге, свою самую главную книгу «Теоретическая
биология» (1935) он написал в России, работая во Всесоюзном институте экспериментальной медицины (ВИЭМ), в Ленинграде. Эта его монография была переиздана в 2001 году в Ижевске, а в 2002 в Санкт-Петербурге.
Ее чтение - занятие не из легких. Книга написана очень сложно. Возможно, это одна из причин, почему мало кто знает о существовании теории устойчивого неравновесия живых систем. А те, кто знают, тоже нередко испытывают сложности с восприятием бауэровской теории.
И я, в общем-то, сравнительно недавно понял, почему она так сложно воспринимается даже теми, кто относится к ней с большой симпатией.

Почему?

Наш современник, невероятно оригинальный ученый, биолог,
биофизик Симон Эльевич Шноль из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН (Пущино), много лет
занимается такими глобальными проблемами, как колебательные процессы в биологических системах, космофизические корреляции биологических и физико-химических процессов, теория эволюции… Так вот он, один из тех, кто очень хорошо знает труды Бауэра. В 1990 году Шноль организовал и провел в Пущино научную конференцию «Эрвин Бауэр. Теоретическая биология. К 100-тию со дня рождения». Ему удалось собрать людей, которые знали что-либо о Бауэре. Но при всем пиетете к бауэровской теории со стороны присутствующих, общий рефрен выступлений был приблизительно такой: да, Бауэр еще в середине 30-х годов, задолго до Нобелевского лауреата Ильи Пригожина показал, что живые системы - это открытые системы, и поэтому они могут развиваться. Да, он молодец, всех опередил, но потом пришел Пригожин, разработал учение о неравновесной термодинамике в открытых системах и наметил дальнейшее развитие.
Но я уже давно понимал, что теории Бауэра и Пригожина в корне разные. Принципиальная разница заключается в том, что у Бауэра живой организм обладает собственной активностью, за счет которой происходит его развитие, самоорганизация, усиление его способности совершать определенную работу.


А у Пригожина?

Илья Романович Пригожин не очень претендовал на то, чтобы объяснить сущность жизни. Тем не менее, многие биологи ухватились за его теорию, из которой следует: если биосистема обменивается со средой веществом и энергией, но при этом источник энергии, движущая сила, лежит вне системы, то в ней будет наблюдаться самоорганизация.
То есть, по Пригожину самоорганизация биосистемы идет принудительно. А по Бауэру она происходит за счет собственной активности живого организма, который должен за счет собственных ресурсов извлекать вещество и энергию из среды.
Как видите, разница принципиальная.



Бауэр сформулировал три основополагающих принципа: «устойчивого неравновесия», «работы структурных сил» и «увеличивающейся внешней работы». Как эти принципы работают на практике?


Из принципа устойчивого неравновесия, как мы уже сказали,
следует, что все живые системы никогда не бывают в равновесии, относительно среды, благодаря некому энергетическому фонду, так называемой, свободной энергии. У Бауэра это звучит так: "Все и только живые системы никогда не бывают в равновесии и исполняют за счет своей свободной энергии постоянно работу против равновесия, требуемого законами физики и химии при существующих внешних условиях".


Откуда берется этот энергетический фонд?


Недавно я сделал доклад на ежегодной Школе по Биофотонике при Международном институте биофизики в Нейссе (Германия) и мне, в своем докладе: «Вода - первооснова живого состояния и витальных функций» ,
как раз, пришлось разъяснять и этот вопрос.
...Вы совершенно правильно спросили: откуда берется эта
исходная энергия в зерне, яйцеклетке или в семечке?


По бауэровской теории: если яйцеклетка или зерно уже есть, то дальше с ними все будет в порядке. Они обладают неким запасом свободной
энергии
, т.е. той энергией, что непосредственно превращается в работу по мобилизации, вовлечению в свой оборот, в свой обмен веществ энергии из окружающей среды.
Благодаря этому запасу свободной энергии, организм способен извлекать потенциальную энергию из пищи, из субстратов, которые поглощает и превращать в энергию, с помощью которой опять будет совершать работу по повышению энергетического фонда и т.д. и т.п.


Но организм, «совершая работу», что-то теряет?

Он теряет потенциал, которым исходно эта яйцеклетка или семечка обладает.



Что из себя представляет этот  потенциал?


Когда приходится это объяснять, то проще всего объяснять на аналогиях. Аналогия, безусловно, не есть то, что мы пытаемся объяснить, но она дает возможность понять, каким образом, имея немного энергии с очень большим потенциалом можно вовлечь в процесс работы гораздо большее количество энергии.
…Представьте себе, что вы стоите на вершине заснеженной
горы и у вас в руках снежок. Каков его потенциал? Потенциал снежка – расстояние от вершины горы до ее подножья. Если вы его просто кинете вниз – его потенциальная энергия превратится в кинетическую. Но хотя потенциал снежка велик - его масса мала - и энергии освободится не слишком много. А если вы кинете снежок на снег, лежащий на склоне горы, может сойти лавина. При сползании лавины ее потенциальная энергия падает, потому что расстояние до подножья горы уменьшается, но общее количество энергии чудовищно растет.


Таким образом, потенциальная энергия (уже лавины) превращается в
кинетическую. Так вот яйцеклетка (зерно) обладает потенциалом,
способным превращать связанную энергию пищи в свободную, способную совершать работу.
Возникает вопрос: как назвать потенциал живой клетки или, вообще, живой системы? Бауэр назвал его «потенциалом живой субстанции». Я в своей работе "Био-физико-химические аспекты старения и долголетия" назвал его «биофизический потенциал». Его нельзя просто свести ни к какому-либо известному из физики неживого энергетическому потенциалу, точнее энергетической разности потенциалов, ни к химическому потенциалу.

Не скажешь же, что энергия зернышка составляет столько-то миллионов вольт, или, такое-то огромное количество атмосфер. Поэтому – биофизический потенциал. И только когда он реализован, по конечному результату мы можем понять, насколько он был велик. А Бауэр в «Теоретической биологии» пишет, в чем заключается этот потенциал,
и как он определяет срок жизни индивидуального организма.



Он предложил способ его измерять?


Бауэр предложил измерять этот потенциал константой Рубнера. …Был такой германский физиолог и гигиенист Макс Рубнер (Max Rubner)
- занимался физиологией питания.
Еще на рубеже XIX - XX веков он сформулировал закон изодинамии пищевых веществ, заложил основы биологической термодинамики. Рубнер предположил, что все млекопитающие (за исключением человека), независимо от того, мышь это или слон, преобразуют одно и тоже количество энергии, деленное на единицу массы и умноженное на время их жизни. И Бауэр назвал эту величину константой Рубнера. Иначе можно сказать: количество энергии, умноженное на время жизни – и есть масса.
Только следует понять, что речь идет о «живой» массе, той, что сама заряжена и способна совершать работу. В этом смысле килограмм жировой ткани отнюдь не может заменить килограмм мышечной, а тем более – нервной. Но в первом приближении слон живет много дольше, чем мышь, хотя константы Рубнера у них близки.


Как измеряется эта константа?


Она меряется по потреблению кислорода: сколько потребляется млекопитающим кислорода на единицу массы за время жизни. Так вот, кстати, даже по этому критерию человек отличается от всех млекопитающих. У него эта константа от 5 до 10 раз больше. И в этом принципиальное биологическое отличие человека от других животных. На это мало кто обращает внимание. Но Рубнер - обратил.


…А так, физиология у нас вся та же самая; биохимия - гормоны,
белки, аминокислоты и т.д. - тоже. Когда секвенировали геном человека,
оказалось, что, по нему, не то Джеймса Уотсона (James Watson Cronin) от Френсиса Крика (Francis Crick), а человека от мыши с трудом можно отличить ( у человека и мыши до 80% генов общие).
..Но кое в чем люди от млекопитающих отличаются. Например, за счет потребления кислорода. У нас только на мозг идет 20%
кислородопотребления. А мозг от всей массы тела составляет всего 2 %. Но там, где больше потенциал, там выше расход кислорода, То есть,
у человека потенциал намного больше.


Другой постулат Бауэра - об увеличении внешней работы, как исторической необходимости в процессе эволюции


Для индивидуального развития увеличение внешней работы – это, прежде всего жизненная необходимость - если ее не будет - не один эмбрион не разовьется до взрослого состояния.

А как это связано со старением?

Из баэуровской теории старение вытекает очень логично.
…Вот представьте себе снова ту же самую снежную лавину. Если она набрала гигантскую скорость, то, хотя ее потенциал снизился, она обладает гигантской свободной энергией и способна многое сделать. Но постепенно скорость лавины снижается, энергия рассеивается, и в
конце пути она превращается в большое количество снега.
…Что-то подобное происходит и в ходе развития живого организма, когда за счет снижения потенциала общий объем «жизненных сил», до определенного предела, нарастает. Но потенциал может снижаться только до какой-то определенной величины, предела роста, после чего организм начинает затрачивать на извлечение из среды вещества и энергии больше, чем получает. Вот этот этап жизненного цикла и есть старение.

Но Бауэр, все-таки, был теоретик. А в эксперименте его выводы были подтверждены?


Правоту Бауэра экспериментально доказал известный физиолог
Илья Аркадьевич Аршавский, умерший в 1996 году, в возрасте 93 лет. Аршавский работал вместе с Бауэром в ВИЭМе и хорошо понимал его теорию.
…Надо сказать, что в 30-е годы в этом Институте сконцентрировались самые мощные научные кадры: такие, как физиолог Иван Павлов, биохимики Владимир Энгельгардт, Ефим Лондон, биолог Александр Гурвич... Кстати говоря, открытое Гурвичем, так называемое, митогенетическое излучение живых организмов полностью согласовывалось с представлениями Бауэра об особом, устойчиво неравновесном, постоянно возбужденном состоянии живой материи. ...В ВИЭМ собралась критическая масса творчески мыслящих людей. Работали все вместе. Когда такие яркие личности собираются, естественно, трений и конфликтов трудно избежать. Но работы друг друга они отлично знали и понимали.
…И вот Аршавский открыл, в общем-то, исходя из теории
Бауэра, (хотя он ссылается на своего учителя, академика Ухтомского и на ученика Сеченова, Николая Введенского) так называемое,
"энергетическое правило скелетных мышц".
Суть открытия в том,что любая мышечная (двигательная) активность, то есть затраченная мышцами энергия на совершение какой-то работы,
потом восстанавливается, но с избытком, и таким образом, обеспечивается рост и развитие организма.
… Илья Аркадьевич был неонатолог, физиолог эмбрионального, детского
развития. И он прекрасно объяснил, почему это происходит. Например, все знают, что маленькие дети необычайно подвижны, энергичны. Это ни что иное, как инстинктивное стремление к увеличению работоспособности. В детской двигательной активности реализуется принцип - работа повышает работоспособность. А это, то о чем писал Бауэр: чтобы что-то получить – необходимо что-то затратить. В этом случае за счет выполнения собственной работы организм получает больше, чем затрачивает – он увеличивает общий фонд энергии, способной совершать работу и, что то же самое – он увеличивает живую массу, заряженную этой энергией.

Действительно, мы можем совершать механическую работу, поскольку у нас есть мышцы. Когда мышца может сократиться, т.е. совершить работу? Только находясь в состоянии, которое мы называем «расслабленным», а, в действительности, именно в этом состоянии она максимально «заряжена», возбуждена. Когда мышца сократилась и выглядит напряженной, твердой – работа уже совершена и никакую другую работу совершить нельзя, пока мышца снова не расслабится. Поэтому, например, во всех восточных боевых искусствах мышечная расслабленность - ключевое условие и, в конечном счете, преимущество.
Так вот, можно сказать, что живой организм, совершая работу, извлекая из внешней среды вещество и энергию, постоянно накачивает ею все свои структуры и строит новые работоспособные структуры, способные совершать еще большую работу.


Замечательный принцип, но, похоже, он действует в живой
системе до определенного момента.


Это правило действует до тех пор, пока организм не разовьется до
предела своего роста, до предела массы. Причем еще раз подчеркну, что под «массой» подразумевается та, что «заряжена» свободной энергией, т.е. работоспособна. И вот с этой первой стадией развития организма – стадией роста и развития - согласны многие. Тот же Аршавский экспериментально показал, что это реализуется не только у животных, но и у растительных, и у микробных организмов.

Считается, что с этого момента в организме начинается инволюция всех систем.


Действительно, что же дальше? Затухание, как у снежной лавины? Но живой организм - не снежная лавина. Хотя, по мере прироста живой массы биофизический потенциал биосистемы постепенно снижается. А когда предел роста достигнут, организм переходит в компенсационный режим: состояние, при котором диссимиляция компенсирует, но все в меньшей степени, энергетические затраты на ассимиляцию. По существу, речь идет о старении.


То есть, скорость старения, это скорость снижения биопотенциала.


Конечно, но только на том этапе, что наступает по достижении предела роста.


Но, по мнению Бауэра, с достижением предела роста включается «Основной процесс». Как, с т. з. Бауэра меняется развитие живой системы? Может ли она активно противостоять старению?


Я считаю, что Основной процесс - его колоссальное
предвидение, по непонятным мне причинам, выпавшее из поля зрения большинства исследователей его научного творчества.
Если в соответствии с принципом устойчивого неравновесия развитие живой системы имеет предел, точку роста, после которого начинается старение, то Основной процесс предполагает возможность существенного продления индивидуальной жизни, при сохранении высокой жизненной активности.


В статье «Био-физико-химические аспекты старения и
долголетия»
Вы написали, что: «Благодаря существованию «Основного процесса» каждая индивидуальная живая система имеет возможность многократно «омолаживаться» и вновь вступать в фазу развития, при чем стартовые условия для нового этапа могут быть лучше, чем для предыдущего».

Фактически Бауэр увидел в Основном процессе – специфически
биологическое явление, своеобразный способ борьбы со смертью - когда за счет гибели отдельных клеток, целое возрождается, обновляется.
Он считал, что механизм этого процесса запускается у биосистемы, потенциал которой понизился. В этом случае живой организм на любое
воздействие (раздражение, возбуждение) реагирует перераспределением энергии, флюктуацией ( от лат. fluctuatio - колебание). В каждом отдельном случае происходит концентрация энергии в определенной части данного организма. При этом материя, передавшая свой биофизический потенциал оставшейся части организма, теряет возбудимость (становится мертвой) и отторгается.
То есть, концентрация энергии - это повышение потенциала. Повысился потенциал и снова можно совершать работу, жить дальше. Потом он понижается и надо его опять повышать. В организме, способном на такое обновление, продолжается дальнейшее активное клеточное деление, и т.д. И жизнь продолжается.
Примеры Основного процесса известны… Например, ботаники
знают, чтобы срезанный цветок дольше стоял в воде, надо убрать из соцветия тычинки. Иначе, цветок опылится и оплодотворится, затратив на эти процессы энергию, которую мог бы потратить на поддержание жизни.


Есть точка зрения, что, и у человека, чем больше сил
уходит на репродукцию, тем короче продолжительность жизни.


Всегда существует оптимум. Когда мы подходим к таким сложным
объектам как живой организм - всегда есть определенный оптимум. Известно, что рождение ребенка может привести к тому, что болевшая до того мать, по определенным причинам, выздоравливает. Конечно, если она превратится в «машину» для родов, организм износится быстрее. Везде и всюду есть оптимальные границы.

Какой практический вывод следует из Основного процесса?


Каждая живая система на каждом этапе своего развития имеет возможности для осуществления Основного процесса. Не надо
зря растрачивать энергию и потенциал, надо направлять их в нужное русло. …Наипростейший бытовой пример. Избавляться или не избавляться от лишних вещей в доме? Чем больше накапливаешь чего-либо, тем больше приходится тратить усилий (энергии, потенциала) чтобы это сохранить. И может наступить предел, когда уже никаких сил не хватит.

…Бауэр провел целый ряд экспериментов, подтверждающих это
предположение. Например, живой организм специально травмировали, создавали искусственную незначительную патологию, а он после этого возрождался и жил существенно дольше, чем не травмированный, и т.д. и т.п.
...Бауэровская теория, как теория развития, старения и увеличения продолжительности жизни - самая фундаментальная, из всего, что я знаю. Все остальное - ее проявления, так или иначе. Геронтологи имеют дело с разного рода следствиями, которые вытекают из этой теории.
Например, Бауэр пишет, что биологи привыкли считать, будто живой организм, это организм, у которого есть обмен веществ, размножение, возбудимость и раздражимость. А если в данный момент нет размножения? Если метаболизм почти незаметен, как бывает во время летаргического сна или анабиоза? Или, когда зерно лежит год в хранилище и внешне с ним ничего не происходит… Оно, что, не живое? Любое, какое не возьмешь проявление жизнедеятельности, оно факультативно. А по Бауэру, система живая, пока она отвечает принципу устойчивого неравновесия. И этому тезису трудно что-либо противопоставить.
Tags: Владимир Воейков, Эрвин Бауэр, биология, развитие, человек
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 0 comments