Головна
Реферати » Реферати з біології » Хроніка великого відкриття: ідеї та особи

Хроніка великого відкриття: ідеї та особи

експериментальну перевірку. При термоактивационного механізмі середній час ізомерного переходу (тобто мутації) дорівнює

t = "тау" · exp {W / kT},

де W - висота бар'єру, kT - середня теплова енергія атома при температурі T, а "тау" = 10-13 - 10-14 відповідає періоду коливань атомів в системі. Як видно, стійкість алелі в сильному ступені залежить від температури T і висоти бар'єру W. Чим вище W і нижче T, тим він стабільніше.

Дійсно, генетики експериментально встановили, що при збільшенні температури "нормальні" аллели мутують частіше, а швидкість мутацій деяких нестабільних алелів взагалі не змінюється. Водночас швидкість мутацій, індукованих рентгенівськими променями, не залежала від швидкостей спонтанних мутацій опромінюваних алелей, тобто була однакова як для стійких, так і для нестабільних алелів.

Далі Шредінгер зробив ще один принциповий крок. Він спробував відповісти на питання про функціональну роль молекули-гена і молекули-хромосоми по відношенню до контрольованих ними ознаками організму.

"Хромосоми містять у вигляді свого роду шифрувального коду весь" план "майбутнього індивідуума і його функціонування в зрілому стані. Кожен повний набір хромосом містить весь шифр.

Але термін шифрувальний код, звичайно, занадто вузьке. Хромосомні структури служать в той же час і інструментом, що здійснюють розвиток, яке вони ж віщують. Вони є одночасно і архітектором, і будівельником.

Як така крихітна частинка речовини - ядро заплідненого яйця - може вмістити складний шифрувальний код, що включає в себе все майбутнє розвиток організму? Добре упорядкована асоціація атомів, наділена достатньою стійкістю для тривалого зберігання своєї впорядкованості, видається єдино мислимої матеріальною структурою, в якій різноманітність можливих (ізомерних) комбінацій досить велике, щоб укладати в собі складну систему детермінації в межах мінімального простору ".

Інакше кажучи, біологічна сутність гена і хромосоми полягає в тому, що вони являють собою молекулярні записи складної структури окремих ознак, онтогенезу і організму в цілому. Засоби запису - комбінаторика варіантів великих молекул-генів. Таким чином, Шредінгер підійшов до формулювання інформаційно-кібернетичного підходу в генетиці. Звичайно, цей перший крок ще був неконкретним і досить фігуральним, метафоричним. Але з нього надалі виріс підхід до проблеми кодування генетичної інформації.

Нарешті, Шредінгер робить останній крок у своїй концепції:

"Із загальної картини спадкової речовини, намальованої Дельбрюком, випливає, що діяльність живої матерії, хоча і заснована на законах фізики, встановлених до теперішнього часу, але, мабуть, підпорядковується досі невідомим іншим законам фізики, які, проте, як тільки вони будуть відкриті, повинні скласти таку ж невід'ємну частину цієї науки, як і перші ".

"Життя - це впорядкована і закономірне поведінка матерії, що грунтується не тільки на одній тенденції переходити від впорядкованості до невпорядкованості, а й частково на існуванні впорядкованості, яка підтримується весь час".

Говорячи іншими словами, організм - це макроскопічна впорядкована система, що діє по детермінованим законам, тоді як його основу складають макромолекули (гени, хромосоми вихідної зиготи), поведінка яких носить квантовий, статистичний характер. Здавалося б, другий початок термодинаміки (закон зростання ентропії для ізольованих систем) вимагає, щоб невпорядкованість наростала. Ентропія служить мірою хаотичності системи, а її спадання збільшує впорядкованість. Однак організми - вони не ізольовані системи, тому вони не тільки зберігають впорядкованість, але розмножують себе і будують в онтогенезі нові макроскопічні впорядковані системи під контролем квантових молекулярних об'єктів - генів. Шредінгер припускає, що ця особливість життя, що відрізняє її від усього неживого, виникає на основі дії якихось нових, не знаних фізиці законів, не менш великих і фундаментальних, ніж, наприклад, початку термодинаміки.

Згідно развиваемой концепції, живий організм уникає переходу до хаосу за рахунок харчування високо впорядкованими продуктами. "Він (організм) харчується негативною ентропією, ніби привертаючи на себе її потік (ізвне. - В.Р.), щоб компенсувати цим збільшення ентропії, вироблене їм у процесі життя, і таким чином підтримувати себе на постійному і досить низькому рівні ентропії .

Cпособность "пити впорядкованість" з підходящої середовища, мабуть, пов'язана з присутністю "апериодических твердих тіл" - хромосомних молекул ".

Для фізика такий стан справ здається дивом: одинична група атомів, існуюча спочатку (у зиготі) в єдиному екземплярі, впливає на формування макроскопічного ознаки. Навіть у багатоклітинних організмі (число клітин порядку 1014) число таких груп становить мізерну частку всього ансамблю. І тоді слід питання:

"чи не нагадують вони нам окремі пульти управління, розкидані по всьому організму і здійснюють зв'язок між собою завдяки загальному для них коду?"

І останнє. "Аперіодичний кристал" - ген, хромосома - здатний формувати "порядок з порядку", точніше - поширювати вже наявний в ньому порядок на нові маси речовини. Фактично це схоже на аперіодичну кристалізацію, породжену вихідної молекулою-геном. У більш умоглядної формі цей принцип відзначав ще Кольцов. Генетично це прообраз механізму подвоєння хромосоми-молекули.

Таким чином, Шредінгер викладає хоча і недеталізірованние, але досить послідовну картину фізичних явищ, які могли б скласти основу генетичних механізмів. Серед найбільш значних висновків, як тепер ясно, - уявлення про гені і хромосомі як про молекулярні записах інформації (шифрувальному коді), контролюючих формування макроскопічних ознак організму шляхом управління. Інакше кажучи, так виник інформаційно-кібернетичний підхід в генетиці. Відповідно до цієї концепції гени володіють "квантової" стабільністю і відтворюються шляхом "кристалізації" за участю затравки - попереднього "апериодического кристала" - гена.

Книга Шредінгера мала величезний вплив на подальший хід подій. З вуст визнаного всіма вченого молоде покоління фізиків дізналося про можливу реальності нових фундаментальних законів фізики. Молодь, лави якої поповнилися після закінчення війни, завмерла від спокуси. Більшість вибрало шлях у біологію і засвоїли ідею "шифрувального коду" і гена-молекули. Серед тих, на чиї долі вплинули ідеї Шредінгера, були Ф.Крік, Дж.Уотсон, М.Уілкінс, С.Бензер, Г.Стент, Дж.Ледерберг і сотні інших. Це "торкання" генія було масовим. Імена Тимофєєва-Ресовський і Дельбрюка стали широко відомі англомовному світові науки. У нас книга вперше була перекладена і видана в 1947 р., але незабаром заборонена разом з усією генетикою в роки лисенківщини. Тільки після 1955 ідеї Шредінгера стали публічно обговорюватися в радянській фізичної та біологічної науці. Однак за цей час наука вже помітно пішла вперед, і на порядок денний постали такі проблеми: генетичний код, генетичні процеси, молекулярна кібернетика і т.д., у вирішенні яких радянські вчені вже змогли взяти посильну участь.

Через 20 років, підбиваючи перші підсумки розвитку молекулярної біології і генетики, Г.Стент зазначив: "Вторгнення цих людей (фізіков. - В.Р.) в генетику і споріднені їй галузі біології в 40 - х роках зробило в цій науці революцію, яка, коли пил розсіявся, залишила в якості своєї спадщини молекулярну біологію. жаль, фізики були обмануті у своїх сподіваннях. Ніяких "інших законів фізики" на цьому шляху не виявилося щоб зрозуміти як функціонує спадкове речовина, потрібно , мабуть, лише розуміти, як розриваються і утворюються водневі зв'язки "[14].

Дійсно, на цьому шляху не підтвердилися багато ранніх ідеї Дельбрюка і Шредінгера [15]. Стабільність генів забезпечується не стільки їх квантовим характером, скільки існуванням потужних молекулярних систем репарації пошкоджень ДНК, що діють на основі дублювання генетичної інформації (подвійний ланцюг ДНК, Диплоїдні хромосом, дублювання генів та ін.) Температурні залежності швидкостей мутацій, знайдені у дрозофіли, відносяться не до генів, а до асоційованих ферментам. Механізми багатьох мутацій пов'язані не зі змінами конформації гена (ДНК), а з впровадженнями в неї мобільних генетичних елементів.

Але проте, справа була зроблена. Ідея молекули-гена підтвердилася, але не для білків, а для ДНК, і на більш складному рівні, де роль мономерів-символів молекулярного коду грають не атоми, а нуклеотиди. Молекулярна біологія і генетика з самого початку придбали інформаційно-кібернетичну забарвлення. Центральні проблеми цих наук і вирішувалися в рамках цього підходу: генетична інформація, ген як одиниця інформації, генетичний код, матрична РНК-посередник, регуляторні гени, управління функцією генів і т.д. [16]. Такий підхід повністю адекватний фізико-хімічного та біологічного сутностей цих проблем. Уже в наступних поколіннях дослідників автору статті довелося розвивати теорію молекулярно-генетичних систем управління, тобто фактично - молекулярну кібернетику. І все це - в результаті того, що Шредінгер перевів стрілку на шляхах могутнього наукового потоку.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту peoples /

Сторінки: 1 2 3