Техника - молодёжи 1957-06, страница 10

НА СТЫКЕ ТОЧНЫХ И ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК

ПРОДОЛЖАЕМ РАЗГОВОР О СОВРЕМЕННЫХ СВЯЗЯХ БИОЛОГИИ С ФИЗИКОЙ, ХИМИЕЙ И ДРУГИМИ НАУКАМИ

Профессора математики Алексея Андреевича ЛЯПУНОВА мы спросили: «Что видит а хромосомах математик? Какими свойствами, с точки зрения математики, обладает живая клетка?»

Профессор А. А. Ляпунов ответил нам так:

„В ЗАРОДЫШЕВОЙ КЛЕТКЕ СОДЕРЖИТСЯ НАСЛЕДСТВЕННАЯ ИНФОРМАЦИЯ, ЗАКОДИРОВАННАЯ ПРИ ПОМОЩИ КАКИХ-ТО МИКРОСТРУКТУР"

Замечательным свойством живых организмов является то, что у каждого организма с момента его рождения заложен некоторый аппарат, управляющий процессом его развития.

Назначение этого аппарата заключается в том, чтобы сфор-тировать все части тела организма, все его органы и отрегулировать их правильное функционирование. Полный перечень всех функций этого аппарата потребовал бы гораздо большего места, чем имеется на страницах этого журнала. В то же вре-мя весь управляющий аппарат передается организму По на** слсдству от его родителей, и в начальный момент жизни организма он помещается внутри микроскопически малого ядра его оплодотворенного яйца.

Функционирование этого аппарата состоит в том, что он направляет некоторую систему сигналов, или потоки информации, к тем или другим частям организма и этими потоками информации воздействует на элементарные процессы, связанные с формированием тех или других частей организма или отдельных его органов. В настоящее время вскрыты далеко еще не все детали управляющих функций этого аппарата. Здесь возникает масса увлекательных вопросов и нерешенных проблем. Однако уже сейчас можно сказать, что весь круг вопросов, связанных с изучением этого внутреннего управляющего механизма организма, требует совместных усилий представителей разных областей естественных наук: биологов, физиков, химиков и математиков.

Биологи должны дать детальное описание процесса развития организма; задача химиков состоит в том, чтобы выяснить, какие химические реакции протекают в этом процессе и как они воздействуют друг на друга. Физики должны выработать способы, позволяющие детально исследовать микроструктуру веществ, участвующих в биологических актах, а также выяснить, какие физические процессы сопутствуют этим актам. Наконец задача математиков состоит в выяснении того, какая информация вырабатывается, как она кодируется (зашифровывается), куда она переносится и как она воспринимается и воздействует в конечном пункте. Кроме того, на обязанности математиков лежит участие в выработке методов обработки наблюдений, с тем чтобы можно было при минимальных затратах, минимальном числе вариантов экспериментов получить надежные выводы.

Однако мы можем с уверенностью сказать, что если биологи, физики, химики, математики будут работать над указанными проблемами изолированно друг от друга, то производительность их работы окажется ничтожной. Только при тесном взаимодействии могут быть достигнуты серьезные успехи.

Первые шаги в направлении раскрытия функций этого внутреннего управляющего механизма в организмах сейчас делаются.

С точки зрения биолога в зародышевой клетке заключается набор генов, определяющих признаки организма.

С точки ярения физика там находятся макромолекулы спиральной структуры, способные к самовоспроизводству и обла

дающие высокой степенью устойчивости.

С точки зрения химика эти макромолекулы представляют собой дез-оксирибонуклеиновую кислоту (ДНК), структурные формулы которой известны и которая состоит из отдельных групп атомов, называемых сахар, фосфат, аденин, тимин, гуанин и цито-знн.

С точки зрения математика в зародышевой клетке содержится наследственная информация, закодированная при помощи каких-то микроструктур. Эта наследственная информация должна определенным образом циркулировать в процессе индивидуального развития организма.

Объединение указанных четырех точек зрения продвигает нас сильно вперед. В самом деле, наследственная информация кодируется в зародышевой клетке при помощи специфических структур ДНК. Наружные спирали, составленные из чередующихся групп сахара и фосфата, представляют собой устойчивые хранилища этой информации. Внутри этой оболочки при помощи закономерного чередования групп аденина, тимина, гуанина и цитознна записывается код наследственной информации. В процессе деления клетки двойная спираль молекулы ДНК раскручивается и каждая из составляющих этой спирали строит двойственную себе спираль. В этом состоит процесс редупликации (удвоения) хромосом. По одному экземпляру каждой Из хромосом попадает в разные образующиеся дочерни» клетки, и тем самым наследственная информация, содержащаяся в зародышевой клетке, передается в каждую из образовавшихся новых клеток организма. Таким образом, элементарные физико-химические акты служат для передачи наследственной информации в пределах развивающегося организма. Далее, в каждой клетке происходит синтез белков. При этом молекулы ДНК выполняют каталитические функции, и тем самым единичные молекулы ДНК, содержащиеся в клетке, определяют химизм этой клетки в целом.

Далее, химические особенности клеток организма проявляются в виде макроскопических свойств организма в целом. Другими словами, гены, то есть носители наследственной информации, представляют собой строго специфические физико-хими-ческие структуры, а процесс образования макроскопических свойств организмов под действием генов обусловливается каталитическими процессами, при помощи которых отдельные молекулы, заключенные в клетке, определяют ее химизм.

Таким образом, одно только совместное использование точек зрения четырех важных областей естествознания проливает новый свет на процессы, протекающие в живом организме.

Нужно особенно подчеркнуть то обстоятельство, что этот синтез точек зрения различных наук способен оказаться полезным в самых разных областях человеческой деятельности. Так, например, запоминание большого количества информаций имеет огромное значение. Книги, журналы и библиотеки являются не чем иным, как хранилищем информации. Если бы мы захотели сохранить информацию, заключающуюся в одной молекуле ДНК, входящей в состав хромосомы, в том виде, в котором хранится информация в книгах, то нам потребовалась бы библиотека из нескольких сот книг. Запоминающие устройства современных вычислительных машин — это большие и сложные радиотехнические установки, содержащие десятки или сотни тысяч отдельных радиодеталей.

Подумайте только, какие перспективы в смысле хранения информации таят в себе возможности, имеющиеся в хромосомах.

8