Nella tarda primavera del 1906, Alexander Gavrilovich Gurvich, sulla trentina già un noto scienziato, fu smobilitato dall'esercito. Durante la guerra con il Giappone, prestò servizio come medico nel reggimento di retroguardia di stanza a Chernigov. (Fu lì che Gurvich, secondo le sue stesse parole, "in fuga dall'ozio forzato", scrisse e illustrò "Atlante e schizzo di embriologia dei vertebrati", che fu pubblicato in tre lingue nei successivi tre anni). Ora parte con la sua giovane moglie e la piccola figlia per tutta l'estate a Rostov il Grande, dai genitori di sua moglie. Non ha un lavoro e ancora non sa se resterà in Russia o andrà di nuovo all'estero.
Dietro la Facoltà di Medicina dell'Università di Monaco, la difesa della tesi, Strasburgo e l'Università di Berna. Il giovane scienziato russo conosce già molti biologi europei; i suoi esperimenti sono molto apprezzati da Hans Driesch e Wilhelm Roux. E ora - tre mesi di completo isolamento dal lavoro scientifico e dai contatti con i colleghi.
Questa estate A. G. Gurvich riflette sulla domanda, che egli stesso ha formulato come segue: "Che cosa significa che mi definisco un biologo, e cosa, in effetti, voglio sapere?" Quindi, considerando il processo accuratamente studiato e illustrato della spermatogenesi, giunge alla conclusione che l'essenza della manifestazione degli esseri viventi consiste nelle connessioni tra i singoli eventi che si verificano in modo sincrono. Questo ha determinato il suo "angolo di vista" in biologia.
Il patrimonio stampato di A. G. Gurvich - più di 150 articoli scientifici. La maggior parte di loro sono stati pubblicati in tedesco, francese e inglese, che erano di proprietà di Alexander Gavrilovich. Il suo lavoro ha lasciato un segno luminoso in embriologia, citologia, istologia, istofisiologia, biologia generale. Ma forse sarebbe corretto dire che "la direzione principale della sua attività creativa era la filosofia della biologia" (dal libro "Alexander Gavrilovich Gurvich. (1874-1954)". Mosca: Nauka, 1970).
A. G. Gurvich nel 1912 fu il primo a introdurre il concetto di "campo" in biologia. Lo sviluppo del concetto di campo biologico è stato il tema principale del suo lavoro ed è durato più di un decennio. Durante questo periodo, le opinioni di Gurvich sulla natura del campo biologico hanno subito profondi cambiamenti, ma hanno sempre parlato del campo come un singolo fattore che determina la direzione e l'ordine dei processi biologici.
Inutile dire che quale triste destino attendeva questo concetto nel prossimo mezzo secolo. Ci furono molte speculazioni, gli autori delle quali sostenevano di aver compreso la natura fisica del cosiddetto "biocampo", qualcuno si impegnò immediatamente a curare le persone. Alcuni si riferivano ad A. G. Gurvich, senza preoccuparsi affatto dei tentativi di approfondire il significato del suo lavoro. La maggioranza non conosceva Gurvich e, fortunatamente, non si riferiva, poiché né al termine "biocampo" stesso, né a varie spiegazioni della sua azione da parte di A. G. Gurvich non ha relazioni. Tuttavia, oggi le parole "campo biologico" provocano un evidente scetticismo tra gli interlocutori colti. Uno degli obiettivi di questo articolo è raccontare ai lettori la vera storia dell'idea del campo biologico nella scienza.
Cosa muove le cellule
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A. G. Gurvich non era soddisfatto dello stato della biologia teorica all'inizio del XX secolo. Non era attratto dalle possibilità della genetica formale, poiché era consapevole che il problema della "trasmissione dell'ereditarietà" è fondamentalmente diverso dal problema della "implementazione" dei tratti nel corpo.
Forse il compito principale della biologia fino ad oggi è la ricerca di una risposta alla domanda "infantile": come nascono gli esseri viventi in tutta la loro diversità da una sfera microscopica di una singola cellula? Perché le cellule in divisione non formano colonie grumose senza forma, ma strutture complesse e perfette di organi e tessuti? Nella meccanica dello sviluppo di quel tempo fu adottato l'approccio causale-analitico proposto da W. Ru: lo sviluppo dell'embrione è determinato da una moltitudine di rigide relazioni causali. Ma questo approccio non era coerente con i risultati degli esperimenti di G. Driesch, che ha dimostrato che deviazioni acute causate sperimentalmente non possono interferire con lo sviluppo di successo. Allo stesso tempo, le singole parti del corpo non sono formate da quelle strutture che sono normali, ma si formano!Allo stesso modo, negli stessi esperimenti di Gurvich, anche con una centrifugazione intensiva di uova di anfibi, che viola la loro struttura visibile, l'ulteriore sviluppo è proceduto in modo equifinale, cioè è finito allo stesso modo delle uova intatte.
Figura: 1 Figure A. G. Gurvich dal lavoro del 1914 - immagini schematiche di strati cellulari nel tubo neurale di un embrione di squalo. 1 - configurazione della formazione iniziale (A), configurazione successiva (B) (linea in grassetto - forma osservata, tratteggiata - presunta), 2 - configurazione iniziale (C) e osservata (D), 3 - iniziale (E), prevista (F). Le linee perpendicolari mostrano i lunghi assi delle cellule - "se costruisci una curva perpendicolare agli assi delle cellule in un dato momento di sviluppo, puoi vedere che coinciderà con il contorno di una fase successiva di sviluppo di quest'area"
A. G. Gurvich ha condotto uno studio statistico delle mitosi (divisioni cellulari) in parti simmetriche dell'embrione in via di sviluppo o di singoli organi e ha convalidato il concetto di "fattore normalizzante", da cui è successivamente cresciuto il concetto di campo. Gurvich ha stabilito che un singolo fattore controlla il quadro generale della distribuzione delle mitosi in parti dell'embrione, senza determinare affatto l'ora e la posizione esatte di ciascuna di esse. Indubbiamente, la premessa della teoria dei campi era contenuta nella famosa formula di Driesch "il destino prospettico di un elemento è determinato dalla sua posizione nel suo insieme". La combinazione di questa idea con il principio di normalizzazione porta Gurvich a una comprensione dell'ordine nel vivere come "subordinazione" degli elementi a un unico insieme - in opposizione alla loro "interazione". Nella sua opera "Eredità come processo di attuazione" (1912), sviluppa per primo il concetto di campo embrionale - metamorfosi. Si trattava, infatti, di una proposta per rompere il circolo vizioso: spiegare l'emergere di eterogeneità tra elementi inizialmente omogenei in funzione della posizione dell'elemento nelle coordinate spaziali del tutto.
Successivamente, Gurvich iniziò a cercare la formulazione della legge che descrive il movimento delle cellule nel processo di morfogenesi. Ha scoperto che durante lo sviluppo del cervello negli embrioni di squalo, “i lunghi assi delle cellule dello strato interno dell'epitelio neurale erano orientati in un dato momento non perpendicolare alla superficie della formazione, ma ad un certo angolo (15-20 ') rispetto ad essa. L'orientamento degli angoli è naturale: se costruisci una curva perpendicolare agli assi delle cellule in un dato momento di sviluppo, puoi vedere che coinciderà con il contorno di una fase successiva dello sviluppo di quest'area”(Fig. 1). Sembrava che le cellule "sapessero" dove appoggiarsi, dove allungarsi per costruire la forma desiderata.
Per spiegare queste osservazioni, A. G. Gurvich ha introdotto il concetto di una "superficie di forza" che coincide con il contorno della superficie finale del rudimento e guida il movimento delle cellule. Tuttavia, lo stesso Gurvich era consapevole dell'imperfezione di questa ipotesi. Oltre alla complessità della forma matematica, non era soddisfatto della “teleologia” del concetto (sembrava subordinare il movimento delle cellule a una forma futura inesistente). Nel successivo lavoro "Sul concetto di campi embrionali" (1922) "la configurazione finale del rudimento è considerata non come una superficie di forza attrattiva, ma come la superficie equipotenziale del campo proveniente da sorgenti puntiformi". Nello stesso lavoro è stato introdotto per la prima volta il concetto di "campo morfogenetico".
Ultravioletto biogenico
"Le basi e le radici del problema della mitogenesi sono state poste nel mio inesauribile interesse per il fenomeno miracoloso della cariocinesi (è così che è stata richiamata la mitosi a metà del secolo scorso. - Ndr)", ha scritto A. G. Gurvich nel 1941 nelle sue note autobiografiche. "Mitogenesi" - un termine di lavoro nato nel laboratorio di Gurvich e presto entrato in uso generale, equivale al concetto di "radiazione mitogenetica" - una radiazione ultravioletta molto debole di tessuti animali e vegetali, che stimola il processo di divisione cellulare (mitosi).
A. G. Gurvich è giunto alla conclusione che è necessario considerare le mitosi in un oggetto vivente non come eventi isolati, ma nell'aggregato, come qualcosa di coordinato - sia che si tratti di mitosi strettamente organizzate delle prime fasi della scissione degli ovociti o di mitosi apparentemente casuali nei tessuti di un animale o di una pianta adulti. Gurvich riteneva che solo il riconoscimento dell'integrità dell'organismo avrebbe permesso di combinare i processi a livello molecolare e cellulare con le caratteristiche topografiche della distribuzione delle mitosi.
Dall'inizio degli anni '20 A. G. Gurvich ha considerato varie possibilità di influenze esterne che stimolano la mitosi. Nel suo campo visivo c'era il concetto di ormoni vegetali, sviluppato a quel tempo dal botanico tedesco G. Haberlandt. (Mise un impasto di cellule frantumate sul tessuto vegetale e osservò come le cellule dei tessuti iniziassero a dividersi più attivamente.) Ma non era chiaro perché il segnale chimico non influenzasse tutte le cellule allo stesso modo, perché, diciamo, le cellule piccole si dividono più spesso di quelle grandi. Gurvich ha suggerito che il punto è nella struttura della superficie cellulare: forse, nelle cellule giovani, gli elementi della superficie sono organizzati in un modo speciale, favorevole alla percezione dei segnali, e man mano che la cellula cresce, questa organizzazione viene interrotta. (Ovviamente, non esisteva ancora il concetto di recettori ormonali.)
Tuttavia, se questa ipotesi è vera e la distribuzione spaziale di alcuni elementi è importante per la percezione del segnale, l'ipotesi stessa suggerisce che il segnale potrebbe non essere chimico, ma di natura fisica: ad esempio, la radiazione che colpisce alcune strutture della superficie cellulare è risonante. Queste considerazioni furono infine confermate in un esperimento che in seguito divenne ampiamente noto.
Figura: 2 Induzione della mitosi all'estremità della radice di cipolla (tratto dall'opera "Das Problem der Zellteilung fisiologisch betrachtet", Berlino, 1926). Spiegazioni nel testo.
Ecco una descrizione di questo esperimento, che è stato eseguito nel 1923 presso l'Università della Crimea. “La radice emittente (induttore), collegata al bulbo, era irrobustita orizzontalmente, e la sua punta era diretta alla zona del meristema (cioè alla zona di proliferazione cellulare, in questo caso situata anche vicino alla punta della radice. - Nota ndr) della seconda radice simile (rivelatore) fissato verticalmente. La distanza tra le radici era di 2-3 mm (Fig. 2). Al termine dell'esposizione, la radice percettiva è stata segnata con precisione, fissata e tagliata in una serie di sezioni longitudinali parallele al piano mediale. Le sezioni sono state esaminate al microscopio e il numero di mitosi è stato contato sui lati irradiati e di controllo.
A quel tempo era già noto che la discrepanza tra il numero di mitosi (di solito 1000-2000) in entrambe le metà della punta della radice non supera normalmente il 3-5%. Così, "una preponderanza significativa, sistematica, nettamente limitata nel numero di mitosi" nella zona centrale della radice percettiva - ed è ciò che i ricercatori hanno visto nelle sezioni - testimoniava indiscutibilmente l'influenza di un fattore esterno. Qualcosa che emanava dalla punta della radice dell'induttore ha costretto le cellule della radice del rivelatore a dividersi più attivamente (Fig. 3).
Ulteriori ricerche hanno mostrato chiaramente che si trattava di radiazioni e non di sostanze chimiche volatili. L'impatto si è diffuso sotto forma di uno stretto raggio parallelo: non appena la radice inducente è stata leggermente deviata di lato, l'effetto è scomparso. Inoltre è scomparso quando una lastra di vetro è stata posta tra le radici. Ma se il piatto era di quarzo, l'effetto persisteva! Ciò ha suggerito che la radiazione fosse ultravioletta. Successivamente, i suoi limiti spettrali sono stati impostati in modo più accurato: 190-330 nm e l'intensità media è stata stimata in 300-1000 fotoni / s per centimetro quadrato. In altre parole, la radiazione mitogenetica scoperta da Gurvich era media e vicina all'ultravioletto di intensità estremamente bassa. (Secondo i dati moderni, l'intensità è ancora più bassa: è dell'ordine di decine di fotoni / s per centimetro quadrato.)
Figura: 3 Rappresentazione grafica degli effetti di quattro esperimenti. La direzione positiva (sopra l'asse delle ascisse) indica la predominanza della mitosi sul lato irradiato.
Una domanda naturale: che dire dell'ultravioletto dello spettro solare, influisce sulla divisione cellulare? Negli esperimenti, un tale effetto è stato escluso: nel libro di A. G. Gurvich e L. D. Gurvich "Radiazione mitogenetica" (M., Medgiz, 1945), nella sezione delle raccomandazioni metodologiche, è chiaramente indicato che le finestre durante gli esperimenti dovrebbero essere chiuse, nei laboratori non dovrebbero esserci fiamme libere e fonti di scintille elettriche. Inoltre, gli esperimenti erano necessariamente accompagnati da controlli. Tuttavia, va notato che l'intensità dei raggi UV solari è molto più alta, quindi il suo effetto sugli oggetti viventi in natura, molto probabilmente, dovrebbe essere completamente diverso.
Il lavoro su questo argomento è diventato ancora più intenso dopo la transizione di A. G. Gurvich nel 1925 all'Università di Mosca - fu eletto all'unanimità capo del Dipartimento di Istologia ed Embriologia della Facoltà di Medicina. La radiazione mitogenetica è stata trovata in lieviti e cellule batteriche, uova che si spaccano di ricci di mare e anfibi, colture di tessuti, cellule di tumori maligni, sistemi nervosi (inclusi assoni isolati) e muscolari e sangue di organismi sani. Come si può vedere dall'elenco, vengono emessi anche tessuti non fissili - ricordiamolo.
J. e M. Magrou presso l'Istituto Pasteur hanno studiato i disturbi dello sviluppo delle larve di riccio di mare tenuti in vasi di quarzo sigillati sotto l'influenza della radiazione mitogenetica a lungo termine di colture batteriche negli anni '30 del XX secolo. (Oggi, tali studi con embrioni di pesci e anfibi vengono condotti presso le biofacie dell'Università statale di Mosca da A. B. Burlakov.)
Altra importante domanda posta dai ricercatori in quegli stessi anni: fino a che punto l'azione delle radiazioni si diffonde nei tessuti viventi? Il lettore ricorderà che nell'esperimento con le radici di cipolla è stato osservato un effetto locale. C'è, oltre a lui, anche un'azione a lungo raggio? Per stabilirlo, sono stati condotti esperimenti modello: con l'irradiazione locale di lunghi tubi riempiti con soluzioni di glucosio, peptone, acidi nucleici e altre biomolecole, la radiazione si è propagata attraverso il tubo. La velocità di propagazione della cosiddetta radiazione secondaria era di circa 30 m / s, il che ha confermato l'ipotesi sulla natura chimica radiativa del processo. (In termini moderni, le biomolecole, che assorbono i fotoni UV, sono fluorescenti, emettendo un fotone con una lunghezza d'onda maggiore. I fotoni, a loro volta, hanno dato luogo a successive trasformazioni chimiche.)in alcuni esperimenti è stata osservata la propagazione delle radiazioni lungo l'intera lunghezza di un oggetto biologico (ad esempio, nelle lunghe radici dello stesso arco).
Gurvich e i suoi collaboratori hanno anche dimostrato che la radiazione ultravioletta altamente attenuata di una fonte fisica promuove anche la divisione cellulare nelle radici della cipolla, così come un induttore biologico.
I fotoni stanno conducendo
Da dove vengono le radiazioni UV in una cellula vivente? A. G. Gurvich e colleghi hanno registrato gli spettri delle reazioni redox enzimatiche e inorganiche semplici nei loro esperimenti. Per qualche tempo la questione delle fonti di radiazione mitogenetica è rimasta aperta. Ma nel 1933, dopo la pubblicazione dell'ipotesi del fotochimico V. Frankenburger, divenne chiara la situazione con l'origine dei fotoni intracellulari. Frankenburger riteneva che la fonte della comparsa dei quanti ultravioletti ad alta energia fossero rari atti di ricombinazione dei radicali liberi che si verificano durante i processi chimici e biochimici e, a causa della loro rarità, non influivano sul bilancio energetico complessivo delle reazioni.
L'energia rilasciata durante la ricombinazione dei radicali viene assorbita dalle molecole del substrato ed emessa con uno spettro caratteristico di queste molecole. Questo schema è stato perfezionato da N. N. Semyonov (futuro premio Nobel) e in questa forma è stato incluso in tutti i successivi articoli e monografie sulla mitogenesi. Lo studio moderno della chemiluminescenza dei sistemi viventi ha confermato la correttezza di queste visioni, oggi generalmente accettate. Ecco solo un esempio: studi sulle proteine fluorescenti.
Naturalmente, vari legami chimici vengono assorbiti nella proteina, compresi i legami peptidici - nell'ultravioletto medio (più intensamente - 190-220 nm). Ma gli amminoacidi aromatici, in particolare il triptofano, sono rilevanti per gli studi sulla fluorescenza. Ha un assorbimento massimo a 280 nm, fenilalanina a 254 nm e tirosina a 274 nm. Assorbendo i quanti ultravioletti, questi amminoacidi li emettono poi sotto forma di radiazione secondaria - naturalmente, con una lunghezza d'onda maggiore, con uno spettro caratteristico di un dato stato della proteina. Inoltre, se almeno un residuo di triptofano è presente nella proteina, allora solo esso emetterà fluorescenza: l'energia assorbita dai residui di tirosina e fenilalanina viene ridistribuita ad esso. Lo spettro di fluorescenza di un residuo di triptofano dipende fortemente dall'ambiente - se il residuo si trova, diciamo, vicino alla superficie del globulo o all'interno, ecc.e questo spettro varia nella banda 310-340 nm.
A. G. Gurvich e i suoi collaboratori hanno dimostrato in esperimenti modello sulla sintesi di peptidi che i processi a catena che coinvolgono i fotoni possono portare alla scissione (fotodissociazione) o alla sintesi (fotosintesi). Le reazioni di fotodissociazione sono accompagnate da radiazioni, mentre i processi di fotosintesi non vengono emessi.
Adesso è diventato chiaro perché tutte le cellule emettono, ma durante la mitosi - particolarmente forte. Il processo di mitosi richiede molta energia. Inoltre, se in una cellula in crescita l'accumulo e il dispendio di energia va parallelamente ai processi di assimilazione, allora durante la mitosi viene solo consumata l'energia immagazzinata dalla cellula nell'interfase. Ha luogo la disintegrazione di strutture intracellulari complesse (ad esempio il guscio del nucleo) e la creazione reversibile che consuma energia di nuove, ad esempio i superavvolgimenti della cromatina.
A. G. Gurvich ei suoi colleghi hanno anche svolto un lavoro sulla registrazione della radiazione mitogenetica utilizzando contatori di fotoni. Oltre al laboratorio Gurvich presso l'IEM di Leningrado, questi studi sono anche a Leningrado, presso il Phystech sotto A. F. Ioffe, guidato da G. M. Frank, insieme ai fisici Yu. B. Khariton e S. F. Rodionov.
In Occidente, specialisti di spicco come B. Raevsky e R. Oduber erano impegnati nella registrazione della radiazione mitogenetica utilizzando tubi fotomoltiplicatori. Ricordiamo anche G. Barth, allievo del famoso fisico W. Gerlach (fondatore dell'analisi spettrale quantitativa). Bart ha lavorato per due anni nel laboratorio di A. G. Gurvich e ha continuato la sua ricerca in Germania. Ha ottenuto risultati positivi affidabili lavorando con fonti biologiche e chimiche e, inoltre, ha dato un importante contributo alla metodologia per rilevare le radiazioni ultra deboli. Barth ha eseguito la calibrazione preliminare della sensibilità e la selezione dei fotomoltiplicatori. Oggi questa procedura è obbligatoria e di routine per tutti coloro che sono coinvolti nella misurazione dei flussi luminosi deboli. Tuttavia, è stato proprio il trascurare questo e alcuni altri requisiti necessari che hanno impedito a numerosi ricercatori dell'anteguerra di ottenere risultati convincenti.
Oggi, dati impressionanti sulla registrazione delle radiazioni super deboli da fonti biologiche sono stati ottenuti presso l'Istituto Internazionale di Biofisica (Germania) sotto la guida di F. Popp. Tuttavia, alcuni dei suoi avversari sono scettici su queste opere. Tendono a credere che i biofotoni siano sottoprodotti metabolici, una sorta di rumore leggero che non ha alcun significato biologico. "L'emissione di luce è un fenomeno del tutto naturale ed evidente che accompagna molte reazioni chimiche", sottolinea il fisico Rainer Ulbrich dell'Università di Göttingen. Il biologo Gunther Rothe valuta la situazione nel modo seguente: “I biofotoni esistono senza dubbio - oggi questo è confermato in modo inequivocabile da dispositivi altamente sensibili a disposizione della fisica moderna. Per quanto riguarda l'interpretazione di Popp (stiamo parlando diche i cromosomi presumibilmente emettono fotoni coerenti. - Nota. Ndr), quindi questa è una bella ipotesi, ma la conferma sperimentale proposta è ancora del tutto insufficiente per riconoscerne la validità. D'altra parte, dobbiamo tenere conto che è molto difficile ottenere prove in questo caso, poiché, in primo luogo, l'intensità di questa radiazione fotonica è molto bassa e, in secondo luogo, i metodi classici di rilevamento della luce laser utilizzati in fisica sono difficili da applicare qui.in secondo luogo, i metodi classici di rilevamento della luce laser utilizzati in fisica sono difficili da applicare qui”.in secondo luogo, i metodi classici di rilevamento della luce laser utilizzati in fisica sono difficili da applicare qui”.
Disequilibrio controllato
Fenomeni regolatori nel protoplasma A. G. Gurvich iniziò a speculare dopo i suoi primi esperimenti sulla centrifugazione di uova fecondate di anfibi ed echinodermi. Quasi 30 anni dopo, nel comprendere i risultati degli esperimenti mitogenetici, questo argomento ha ricevuto un nuovo impulso. Gurvich è convinto che l'analisi strutturale di un substrato materiale (un insieme di biomolecole) che reagisce alle influenze esterne, indipendentemente dal suo stato funzionale, sia priva di significato. A. G. Gurvich formula la teoria fisiologica del protoplasma. La sua essenza è che i sistemi viventi hanno un apparato molecolare specifico per l'accumulo di energia, che è fondamentalmente non in equilibrio. In una forma generalizzata, questa è una fissazione dell'idea che un afflusso di energia è necessario per il corpo non solo per la crescita o l'esecuzione del lavoro, ma principalmente per mantenere quello stato,che chiamiamo vivo.
I ricercatori hanno attirato l'attenzione sul fatto che si osservava necessariamente un'esplosione di radiazioni mitogenetiche quando il flusso di energia era limitato, il che manteneva un certo livello di metabolismo del sistema vivente. (Per "limitazione del flusso di energia" si dovrebbe intendere una diminuzione dell'attività dei sistemi enzimatici, soppressione di vari processi di trasporto transmembrana, diminuzione del livello di sintesi e consumo di composti ad alta energia - cioè qualsiasi processo che fornisce energia alla cellula - ad esempio, con raffreddamento reversibile di un oggetto o con lieve anestesia.) Gurvich formulò il concetto di formazioni molecolari estremamente labili con un potenziale energetico aumentato, non in equilibrio in natura e unite da una funzione comune. Le ha chiamate costellazioni molecolari di non equilibrio (NMC).
A. G. Gurvich credeva che fosse la disintegrazione della NMC, l'interruzione dell'organizzazione del protoplasma, a causare un'esplosione di radiazioni. Qui ha molto in comune con le idee di A. Szent-Györgyi sulla migrazione dell'energia lungo i livelli energetici generali dei complessi proteici. Idee simili per dimostrare la natura della radiazione "biofotonica" sono ora espresse da F. Popp, che chiama "polaritoni" le regioni di eccitazione migrante. Dal punto di vista della fisica, non c'è niente di insolito qui. (Quale delle strutture intracellulari attualmente conosciute potrebbe essere adatta al ruolo della NMC nella teoria di Gurvich - questo esercizio intellettuale sarà lasciato al lettore.)
È stato anche dimostrato sperimentalmente che la radiazione si verifica anche quando un substrato è influenzato meccanicamente, durante la centrifugazione o l'applicazione di una tensione debole. Ciò ha permesso di affermare che NMC possiede anche un ordinamento spaziale, che è stato disturbato sia dall'influenza meccanica che dalla limitazione del flusso di energia.
A prima vista, è evidente che gli NMC, la cui esistenza dipende dall'afflusso di energia, sono molto simili alle strutture dissipative che sorgono in sistemi di non equilibrio termodinamico, scoperti dal premio Nobel I. R. Prigogine. Tuttavia, chiunque abbia studiato tali strutture (ad esempio, la reazione Belousov-Zhabotinsky) sa bene che non sono riprodotte assolutamente esattamente da esperienza a esperienza, sebbene il loro carattere generale rimanga. Inoltre, sono estremamente sensibili al minimo cambiamento nei parametri di una reazione chimica e delle condizioni esterne. Tutto ciò significa che poiché gli oggetti viventi sono anche formazioni non in equilibrio, non possono mantenere la stabilità dinamica unica della loro organizzazione solo a causa del flusso di energia. È inoltre richiesto un unico fattore di ordinazione del sistema. Questo fattore A. G. Gurvich lo ha definito un campo biologico.
Gurvich collegò la sorgente del campo con il centro della cellula, poi con il nucleo, e nella versione finale della teoria con i cromosomi. Secondo lui, il campo ha avuto origine durante le trasformazioni (sintesi) della cromatina e la regione della cromatina potrebbe diventare la sorgente del campo solo nel campo della regione vicina, che era già in questo stato. Il campo dell'oggetto nel suo insieme, secondo le idee successive di Gurvich, esisteva come la somma dei campi delle cellule.
In un breve riassunto, la versione finale della teoria dei campi biologici (cellulari) si presenta così. Il campo ha un carattere vettoriale, non una forza. (Ti ricordiamo: un campo di forza è una regione dello spazio, in ogni punto della quale una certa forza agisce su un oggetto di prova posto in esso; per esempio, un campo elettromagnetico. Un campo vettoriale è una regione dello spazio, in ogni punto di cui è dato un certo vettore, ad esempio, i vettori di velocità delle particelle in un fluido in movimento.) Le molecole che si trovano in uno stato eccitato e quindi hanno un eccesso di energia cadono sotto l'azione del campo vettoriale. Acquisiscono un nuovo orientamento, si deformano o si muovono nel campo non per la sua energia (cioè non come accade con una particella carica in un campo elettromagnetico), ma spendendo la propria energia potenziale. Una parte significativa di questa energia viene convertita in energia cinetica; quando l'energia in eccesso viene consumata e la molecola ritorna a uno stato non eccitato, l'effetto del campo su di essa si interrompe. Di conseguenza, l'ordinamento spazio-temporale si forma nel campo cellulare - si formano NMC, caratterizzati da un aumento del potenziale energetico.
In una forma semplificata, il seguente confronto può chiarire questo. Se le molecole che si muovono nella cellula sono automobili e la loro energia in eccesso è la benzina, il campo biologico forma il rilievo del terreno su cui si muovono le auto. Obbedendo al "rilievo", molecole con caratteristiche energetiche simili formano NMC. Esse, come già accennato, sono unite non solo energeticamente, ma anche da una funzione comune, ed esistono, in primo luogo, per il flusso di energia (le auto non possono fare a meno della benzina), e in secondo luogo, per l'azione ordinatrice del campo biologico (fuoristrada l'auto non passerà). Le singole molecole entrano ed escono costantemente dal NMC, ma l'intero NMC rimane stabile fino a quando il valore del flusso di energia che lo alimenta non cambia. Con una diminuzione del suo valore, l'NMC si decompone e l'energia immagazzinata in esso viene rilasciata.
Ora immaginiamo che in una certa area del tessuto vivente l'afflusso di energia sia diminuito: il decadimento dell'NMC si è fatto più intenso, quindi è aumentata l'intensità della radiazione, proprio quella che controlla la mitosi. Naturalmente, la radiazione mitogenetica è strettamente correlata al campo, anche se non ne fa parte! Come ricordiamo, durante il decadimento (dissimilazione) viene emessa energia in eccesso, che non viene mobilitata nella NMC e non è coinvolta nei processi di sintesi; proprio perché nella maggior parte delle cellule i processi di assimilazione e dissimilazione avvengono simultaneamente, sebbene in proporzioni diverse, le cellule hanno un caratteristico regime mitogenetico. Lo stesso è il caso dei flussi di energia: il campo non influenza direttamente la loro intensità, ma, formando un "rilievo" spaziale, può regolare efficacemente la loro direzione e distribuzione.
A. G. Gurvich ha lavorato alla versione finale della teoria dei campi durante i difficili anni della guerra. La "Teoria del campo biologico" fu pubblicata nel 1944 (Mosca: scienza sovietica) e nella successiva edizione in francese - nel 1947. La teoria dei campi biologici cellulari ha causato critiche e incomprensioni anche tra i sostenitori del concetto precedente. Il loro principale rimprovero era che Gurvich avrebbe abbandonato l'idea del tutto e tornato al principio di interazione dei singoli elementi (cioè i campi delle singole cellule), che lui stesso rifiutava. Nell'articolo "Il concetto di" tutto "alla luce della teoria del campo cellulare" (Raccolta di opere sulla mitogenesi e la teoria dei campi biologici. M.: Casa editrice dell'AMN, 1947) AG Gurvich mostra che non è così. Poiché i campi generati dalle singole celle si estendono oltre i loro limiti,e i vettori di campo sono sommati in qualsiasi punto dello spazio secondo le regole dell'addizione geometrica, il nuovo concetto sostanzia il concetto di un campo "reale". Questo è, infatti, un campo integrale dinamico di tutte le cellule di un organo (o organismo), che cambia nel tempo e ha le proprietà di un tutto.
Dal 1948 A. G. Gurvich è costretto a concentrarsi principalmente nella sfera teorica. Dopo la sessione di agosto del VASKhNIL, non vide l'opportunità di continuare a lavorare presso l'Istituto di medicina sperimentale dell'Accademia russa di scienze mediche (il cui direttore era stato sin dalla fondazione dell'istituto nel 1945), e all'inizio di settembre fece domanda al Presidium dell'Accademia per andare in pensione. Negli ultimi anni della sua vita, ha scritto molti lavori su vari aspetti della teoria biologica dei campi, della biologia teorica e della metodologia della ricerca biologica. Gurvich considerava questi lavori come capitoli di un unico libro, pubblicato nel 1991 con il titolo "Principi di biologia analitica e teoria dei campi cellulari" (Mosca: Nauka).
Empatia senza comprensione
Le opere di A. G. Gurvich sulla mitogenesi prima della seconda guerra mondiale era molto popolare sia nel nostro paese che all'estero. Nel laboratorio di Gurvich sono stati studiati attivamente i processi di cancerogenesi, in particolare è stato dimostrato che il sangue dei malati di cancro, a differenza del sangue delle persone sane, non è una fonte di radiazioni mitogenetiche. Nel 1940 A. G. Gurvich è stato insignito del Premio di Stato per il suo lavoro sullo studio mitogenetico del problema del cancro. I concetti "sul campo" di Gurvich non godettero mai di grande popolarità, sebbene suscitassero invariabilmente un vivo interesse. Ma questo interesse per il suo lavoro e le sue relazioni è spesso rimasto superficiale. AA. Lyubishchev, che si è sempre definito uno studente di A. G. Gurvich, ha descritto questo atteggiamento come "simpatia senza comprensione".
Ai nostri giorni, la simpatia è stata sostituita dall'ostilità. Un contributo significativo per screditare le idee di A. G. Gurvich è stato introdotto da alcuni aspiranti seguaci, che hanno interpretato i pensieri dello scienziato "secondo la loro comprensione". Ma la cosa principale non è nemmeno quella. Le idee di Gurvich si sono rivelate al di fuori del percorso intrapreso dalla biologia "ortodossa". Dopo la scoperta della doppia elica, ai ricercatori sono apparse nuove e attraenti prospettive. La catena "gene - proteina - segno" attirava con la sua concretezza, apparentemente facile per ottenere un risultato. Naturalmente, la biologia molecolare, la genetica molecolare, la biochimica divennero correnti principali e i processi di controllo non genetici e non enzimatici nei sistemi viventi furono gradualmente spinti alla periferia della scienza, e il loro stesso studio cominciò a essere considerato un'occupazione dubbia e frivola.
Per i moderni rami fisico-chimici e molecolari della biologia, la comprensione dell'integrità è aliena, cosa che A. G. Gurvich lo considerava una proprietà fondamentale degli esseri viventi. D'altra parte, lo smembramento è praticamente equiparato all'ottenimento di nuove conoscenze. Viene data preferenza alla ricerca sul lato chimico dei fenomeni. Nello studio della cromatina, l'enfasi è spostata sulla struttura primaria del DNA e in essa preferiscono vedere principalmente un gene. Sebbene lo squilibrio dei processi biologici sia formalmente riconosciuto, nessuno gli assegna un ruolo importante: la stragrande maggioranza dei lavori è volta a distinguere tra “nero” e “bianco”, la presenza o l'assenza di proteine, l'attività o l'inattività di un gene. (Non è per niente che la termodinamica tra gli studenti delle università biologiche è uno dei rami della fisica meno amati e scarsamente percepiti). Cosa abbiamo perso in mezzo secolo dopo Gurvich,quanto sono grandi le perdite: il futuro della scienza dirà la risposta.
Probabilmente, la biologia deve ancora assimilare le idee sull'integrità e il disequilibrio fondamentali degli esseri viventi, su un unico principio ordinante che garantisca questa integrità. E forse le idee di Gurvich sono ancora avanti e la loro storia è solo all'inizio.
O. G. Gavrish, candidato di scienze biologiche
"Chimica e vita - XXI secolo"
