Truyền gen từ xa: nghiên cứu của nhà khoa học Alexander Gurvich

2024 Tác giả: Seth Attwood | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-16 16:20

Vào cuối mùa xuân năm 1906, Alexander Gavrilovich Gurvich, ngoài 30 tuổi đã là một nhà khoa học nổi tiếng, đã xuất ngũ khỏi quân đội. Trong chiến tranh với Nhật Bản, ông là bác sĩ ở hậu phương trung đoàn đóng quân ở Chernigov. (Chính tại đó, Gurvich, theo cách nói của riêng mình, "chạy trốn khỏi sự nhàn rỗi bắt buộc", đã viết và minh họa "Tập bản đồ và tiểu luận về phôi học của động vật có xương sống", được xuất bản bằng ba thứ tiếng trong ba năm tới).

Giờ đây, anh ấy sẽ cùng người vợ trẻ và cô con gái nhỏ của mình bỏ cả mùa hè tới Rostov Đại đế - với bố mẹ vợ. Anh ấy không có việc làm, và anh ấy vẫn không biết liệu anh ấy sẽ ở lại Nga hay sẽ ra nước ngoài một lần nữa.

Đứng sau Khoa Y Đại học Munich, bảo vệ luận án, Strasbourg và Đại học Bern. Nhà khoa học trẻ người Nga vốn đã quen biết với nhiều nhà sinh vật học châu Âu, những thí nghiệm của anh được Hans Driesch và Wilhelm Roux đánh giá cao. Và bây giờ - ba tháng cô lập hoàn toàn khỏi công việc khoa học và tiếp xúc với đồng nghiệp.

Mùa hè này A. G. Gurvich suy nghĩ về câu hỏi mà chính ông đã đặt ra như sau: "Tôi tự gọi mình là một nhà sinh vật học có nghĩa là gì, và thực tế, tôi muốn biết điều gì?" Sau đó, xem xét quá trình sinh tinh được nghiên cứu kỹ lưỡng và minh họa, ông đi đến kết luận rằng bản chất của sự biểu hiện của sinh vật bao gồm các mối liên hệ giữa các sự kiện riêng biệt xảy ra đồng bộ. Điều này xác định "góc nhìn" của ông trong sinh học.

Di sản in của A. G. Gurvich - hơn 150 bài báo khoa học. Hầu hết chúng được xuất bản bằng tiếng Đức, tiếng Pháp và tiếng Anh, thuộc sở hữu của Alexander Gavrilovich. Công trình của ông đã để lại dấu ấn sáng chói trong lĩnh vực phôi học, tế bào học, mô học, mô sinh lý học, sinh học đại cương. Nhưng có lẽ sẽ đúng nếu nói rằng “hướng hoạt động sáng tạo chính của ông là triết học sinh học” (trích từ cuốn sách “Alexander Gavrilovich Gurvich. (1874-1954)”. Matxcova: Nauka, 1970).

A. G. Gurvich năm 1912 là người đầu tiên đưa khái niệm "trường" vào sinh học. Sự phát triển của khái niệm trường sinh học là chủ đề chính trong công việc của ông và kéo dài hơn một thập kỷ. Trong thời gian này, quan điểm của Gurvich về bản chất của lĩnh vực sinh học đã có những thay đổi sâu sắc, nhưng họ luôn nói về lĩnh vực này như một yếu tố duy nhất quyết định chiều hướng và trật tự của các quá trình sinh học.

Không cần phải nói, số phận đáng buồn đã chờ đợi khái niệm này trong nửa thế kỷ tới. Có rất nhiều suy đoán, các tác giả trong số đó tuyên bố đã lĩnh hội được bản chất vật lý của cái gọi là "trường sinh học", lập tức có người tiến hành chữa bệnh cho mọi người. Một số đề cập đến A. G. Gurvich, không bận tâm chút nào với nỗ lực đi sâu vào ý nghĩa công việc của mình. Đa số không biết về Gurvich và may mắn thay, họ đã không đề cập đến nó, vì bản thân thuật ngữ "trường sinh học" cũng như các giải thích khác nhau về hành động của nó của A. G. Gurvich không có gì để làm với nó. Tuy nhiên, ngày nay các từ "lĩnh vực sinh học" gây ra sự hoài nghi không thể che giấu ở những người đối thoại có học thức. Một trong những mục tiêu của bài báo này là kể cho độc giả câu chuyện có thật về ý tưởng của một lĩnh vực sinh học trong khoa học.

Điều gì di chuyển các tế bào

A. G. Gurvich không hài lòng với tình trạng sinh học lý thuyết vào đầu thế kỷ 20. Anh ta không bị thu hút bởi những khả năng của di truyền chính thức, vì anh ta nhận thức được rằng vấn đề "tính di truyền" về cơ bản khác với vấn đề "thực hiện" các tính trạng trong cơ thể.

Có lẽ nhiệm vụ quan trọng nhất của sinh học cho đến ngày nay là tìm kiếm câu trả lời cho câu hỏi "trẻ con": làm thế nào mà các sinh vật sống trong tất cả sự đa dạng của chúng lại sinh ra từ một quả cầu cực nhỏ của một tế bào? Tại sao các tế bào đang phân chia không hình thành những khuẩn lạc cục mịch mà lại có cấu trúc phức tạp và hoàn hảo của các cơ quan và mô? Trong cơ chế phát triển thời bấy giờ, phương pháp phân tích nhân quả do W. Ru đề xuất đã được áp dụng: sự phát triển của phôi thai được xác định bởi vô số các mối quan hệ nhân-quả chặt chẽ. Nhưng cách tiếp cận này không đồng ý với kết quả thí nghiệm của G. Driesch, người đã chứng minh rằng những sai lệch gây ra bằng thực nghiệm có thể không cản trở sự phát triển thành công. Đồng thời, các bộ phận riêng lẻ của cơ thể hoàn toàn không được hình thành từ những cấu trúc bình thường - nhưng chúng được hình thành! Tương tự như vậy, trong các thí nghiệm của chính Gurvich, ngay cả khi quay ly tâm nhiều trứng lưỡng cư, vi phạm cấu trúc nhìn thấy được của chúng, sự phát triển tiếp theo vẫn diễn ra tương tự - nghĩa là nó kết thúc giống như ở những quả trứng còn nguyên vẹn.

Cơm. 1 Hình A. G. Gurvich từ năm 1914 - hình ảnh giản đồ của các lớp tế bào trong ống thần kinh của phôi cá mập. 1 - cấu hình hình thành ban đầu (A), cấu hình tiếp theo (B) (đường đậm - hình dạng quan sát được, dấu gạch ngang - giả định), 2 - cấu hình ban đầu (C) và cấu hình quan sát (D), 3 - ban đầu (E), dự đoán (F) … Các đường vuông góc hiển thị các trục dài của ô - "nếu bạn xây dựng một đường cong vuông góc với các trục ô tại một thời điểm phát triển nhất định, bạn có thể thấy rằng nó sẽ trùng với đường bao của giai đoạn phát triển sau của khu vực này"

A. G. Gurvich đã tiến hành một nghiên cứu thống kê về các lần phân bào (phân chia tế bào) ở các phần đối xứng của phôi thai đang phát triển hoặc các cơ quan riêng lẻ và chứng minh cho khái niệm "yếu tố bình thường hóa", từ đó nảy sinh khái niệm trường sau này. Gurvich cho rằng một yếu tố duy nhất kiểm soát bức tranh tổng thể về sự phân bố các lần nguyên phân trong các phần của phôi, mà hoàn toàn không xác định chính xác thời gian và vị trí của từng nguyên phân. Không nghi ngờ gì nữa, tiền đề của lý thuyết trường nằm trong công thức Driesch nổi tiếng "số phận tương lai của một nguyên tố được xác định bởi vị trí của nó nói chung." Sự kết hợp của ý tưởng này với nguyên tắc bình thường hóa dẫn Gurvich đến sự hiểu biết về trật tự trong cuộc sống như là sự "phụ thuộc" của các yếu tố vào một tổng thể duy nhất - trái ngược với "sự tương tác" của chúng. Trong tác phẩm "Di truyền như một quá trình hiện thực hóa" (1912), lần đầu tiên ông phát triển khái niệm về trường phôi thai - hình thái. Trên thực tế, đó là một đề xuất nhằm phá vỡ vòng luẩn quẩn: giải thích sự xuất hiện của tính không đồng nhất giữa các phần tử đồng nhất ban đầu như một hàm của vị trí của phần tử trong tọa độ không gian của tổng thể.

Sau đó, Gurvich bắt đầu tìm kiếm công thức xây dựng quy luật mô tả sự chuyển động của tế bào trong quá trình phát sinh hình thái. Ông phát hiện ra rằng trong quá trình phát triển não ở phôi cá mập, “các trục dài của các tế bào của lớp bên trong của biểu mô thần kinh được định hướng tại bất kỳ thời điểm nào không vuông góc với bề mặt của sự hình thành, nhưng ở một mức nhất định (15- 20 ') góc với nó. Định hướng của các góc là tự nhiên: nếu bạn xây dựng một đường cong vuông góc với các trục ô tại một thời điểm phát triển nhất định, bạn có thể thấy rằng nó sẽ trùng với đường bao của giai đoạn sau trong quá trình phát triển của khu vực này”(Hình 1). Dường như các tế bào "biết" nên dựa vào đâu, giãn ra ở đâu để có được hình dáng mong muốn.

Để giải thích những quan sát này, A. G. Gurvich đưa ra khái niệm về một "bề mặt lực" trùng với đường bao của bề mặt cuối cùng của vật thô sơ và hướng dẫn chuyển động của các tế bào. Tuy nhiên, chính Gurvich cũng nhận thức được sự không hoàn hảo của giả thuyết này. Ngoài sự phức tạp của hình thức toán học, ông không hài lòng với tính “viễn chinh” của khái niệm (nó dường như khiến sự chuyển động của các tế bào trở thành một dạng không tồn tại, trong tương lai). Trong công trình tiếp theo "Về khái niệm trường phôi" (1922) "cấu hình cuối cùng của vật thô sơ không được coi là bề mặt lực hấp dẫn, mà là bề mặt đẳng thế của trường phát ra từ các nguồn điểm." Cũng trong tác phẩm này, lần đầu tiên khái niệm "trường di truyền hình thái" đã được đưa ra.

Câu hỏi được Gurvich đặt ra một cách rộng rãi và thấu đáo đến mức bất kỳ lý thuyết hình thái nào có thể xuất hiện trong tương lai, về bản chất, sẽ chỉ là một loại lý thuyết trường khác.

L. V. Belousov, 1970

Tia cực tím sinh học

“Cơ sở và cội nguồn của vấn đề nguyên phân đã đặt ra cho tôi sự quan tâm không ngừng về hiện tượng kỳ diệu của karyokinesis (đây là cách nguyên phân được gọi trở lại vào giữa thế kỷ trước. - Ed. Note),” A. G viết. Gurvich năm 1941 trong cuốn tự truyện của mình."Mitogenesis" - một thuật ngữ làm việc ra đời trong phòng thí nghiệm của Gurvich và sớm được sử dụng rộng rãi, tương đương với khái niệm "bức xạ phân bào" - bức xạ tia cực tím rất yếu của các mô động vật và thực vật, kích thích quá trình phân chia tế bào (nguyên phân).

A. G. Gurvich đi đến kết luận rằng cần phải coi các lần phân chia ở một vật thể sống không phải là các sự kiện riêng lẻ, mà là tổng hợp, như một cái gì đó có sự phối hợp - cho dù đó là các lần phân chia được tổ chức chặt chẽ của giai đoạn đầu tiên của quá trình phân cắt trứng hay các lần phân chia dường như ngẫu nhiên trong các mô của một động vật hoặc thực vật trưởng thành. Gurvich tin rằng chỉ có sự công nhận tính toàn vẹn của sinh vật mới có thể kết hợp các quá trình ở cấp độ phân tử và tế bào với các đặc điểm địa hình của sự phân bố của các mitoses.

Kể từ đầu những năm 1920 A. G. Gurvich đã xem xét các khả năng khác nhau của các tác động bên ngoài kích thích quá trình nguyên phân. Trong tầm nhìn của ông là khái niệm về kích thích tố thực vật, được phát triển vào thời điểm đó bởi nhà thực vật học người Đức G. Haberlandt. (Anh ấy đặt một hỗn hợp các tế bào nghiền nát lên mô thực vật và quan sát cách tế bào mô bắt đầu phân chia tích cực hơn.) Nhưng không rõ tại sao tín hiệu hóa học không ảnh hưởng đến tất cả các tế bào theo cùng một cách, tại sao lại nói, các tế bào nhỏ phân chia nhiều hơn thường hơn những cái lớn. Gurvich cho rằng điểm mấu chốt là ở cấu trúc của bề mặt tế bào: có lẽ, trong các tế bào non, các yếu tố bề mặt được tổ chức theo một cách đặc biệt, thuận lợi cho việc nhận biết các tín hiệu, và khi tế bào lớn lên, tổ chức này bị phá vỡ. (Tất nhiên, không có khái niệm về thụ thể hormone vào thời điểm đó.)

Tuy nhiên, nếu giả thiết này là đúng và sự phân bố trong không gian của một số nguyên tố là quan trọng đối với nhận thức của tín hiệu, thì giả thiết này tự nó cho thấy rằng tín hiệu có thể không phải là hóa học, mà có bản chất vật lý: ví dụ, bức xạ ảnh hưởng đến một số cấu trúc của tế bào. bề mặt được cộng hưởng. Những cân nhắc này cuối cùng đã được xác nhận trong một thí nghiệm mà sau này được biết đến rộng rãi.

Cơm. 2 Cảm ứng nguyên phân ở đầu rễ củ hành (trích từ tác phẩm "Das Problem der Zellteilung Physologisch betrachtet", Berlin, 1926). Giải thích trong văn bản

Đây là mô tả của thí nghiệm này, được thực hiện vào năm 1923 tại Đại học Crimean. “Rễ phát xạ (cuộn cảm), nối với bóng đèn, được tăng cường theo chiều ngang, và đầu của nó hướng đến vùng mô phân sinh (tức là vùng tăng sinh tế bào, trong trường hợp này cũng nằm gần đầu rễ. - Ed. Lưu ý) của gốc tương tự thứ hai (máy dò) được cố định theo chiều dọc. Khoảng cách giữa các rễ là 2–3 mm”(Hình 2). Vào cuối quá trình tiếp xúc, rễ cảm nhận được đánh dấu chính xác, cố định và cắt thành một loạt các mặt cắt dọc chạy song song với mặt phẳng trung tuyến. Các phần được kiểm tra dưới kính hiển vi và số lượng mitoses được đếm trên các mặt được chiếu xạ và đối chứng.

Vào thời điểm đó, người ta đã biết rằng sự khác biệt giữa số lượng nguyên phân (thường là 1000-2000) ở cả hai nửa của ngọn rễ thường không vượt quá 3-5%. Do đó, "một ưu thế đáng kể, có hệ thống, giới hạn rõ rệt về số lần phân đôi" ở vùng trung tâm của rễ nhận thức - và đây là điều mà các nhà nghiên cứu đã thấy trên các phần - đã chứng minh một cách không thể chối cãi cho ảnh hưởng của một yếu tố bên ngoài. Một thứ gì đó phát ra từ đầu của rễ cuộn cảm đã buộc các tế bào của rễ máy dò phân chia tích cực hơn (Hình 3).

Nghiên cứu sâu hơn cho thấy rõ ràng đó là về bức xạ chứ không phải về các chất hóa học dễ bay hơi. Tác động lan truyền dưới dạng một chùm tia song song hẹp - ngay khi rễ cảm ứng hơi lệch sang một bên, hiệu ứng biến mất. Nó cũng biến mất khi một tấm kính được đặt giữa rễ cây. Nhưng nếu chiếc đĩa được làm bằng thạch anh, hiệu ứng vẫn tồn tại! Điều này cho thấy rằng bức xạ là tia cực tím. Sau đó, các ranh giới quang phổ của nó được thiết lập chính xác hơn - 190-330 nm, và cường độ trung bình được ước tính ở mức 300-1000 photon / s trên một cm vuông. Nói cách khác, bức xạ phân bào do Gurvich phát hiện là tia cực tím trung bình và gần với cường độ cực thấp. (Theo dữ liệu hiện đại, cường độ thậm chí còn thấp hơn - nó theo thứ tự hàng chục photon / s trên mỗi cm vuông.)

Cơm. 3 Biểu diễn bằng hình ảnh về tác dụng của bốn thí nghiệm. Chiều dương (phía trên trục abscissa) có nghĩa là ưu thế của nguyên phân ở phía được chiếu xạ

Một câu hỏi tự nhiên: còn tia cực tím của quang phổ mặt trời thì sao, nó có ảnh hưởng đến sự phân chia tế bào không? Trong các thí nghiệm, hiệu ứng như vậy đã bị loại trừ: trong cuốn sách của A. G. Gurvich và L. D. Gurvich "Bức xạ phân bào" (M., Medgiz, 1945), trong phần khuyến nghị phương pháp luận, đã chỉ rõ rằng các cửa sổ trong quá trình thí nghiệm phải được đóng lại, không được để ngọn lửa mở và các nguồn phát tia lửa điện trong phòng thí nghiệm. Ngoài ra, các thí nghiệm nhất thiết phải đi kèm với các đối chứng. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng cường độ của tia cực tím mặt trời cao hơn đáng kể, do đó, ảnh hưởng của nó đối với các vật thể sống trong tự nhiên, rất có thể, sẽ hoàn toàn khác.

Công việc về chủ đề này thậm chí còn trở nên chuyên sâu hơn sau khi A. G. Gurvich vào năm 1925 tại Đại học Moscow - ông đã được nhất trí bầu làm trưởng Bộ môn Mô học và Phôi học của Khoa Y. Bức xạ phân bào được tìm thấy trong tế bào nấm men và vi khuẩn, phân cắt trứng của nhím biển và động vật lưỡng cư, nuôi cấy mô, tế bào của khối u ác tính, hệ thần kinh (bao gồm cả sợi trục cô lập) và hệ thống cơ, máu của các sinh vật khỏe mạnh. Như có thể thấy từ danh sách, các mô không phân tách được cũng phát ra - chúng ta hãy nhớ thực tế này.

Các rối loạn phát triển của ấu trùng nhím biển được nuôi trong các bình thạch anh kín dưới tác động của bức xạ phân bào kéo dài của quá trình nuôi cấy vi khuẩn vào những năm 30 của thế kỷ XX đã được nghiên cứu bởi J. và M. Magrou tại Viện Pasteur. (Ngày nay, các nghiên cứu tương tự với phôi cá và động vật lưỡng cư đang được A. B. Burlakov thực hiện tại khu bảo tồn sinh học của Đại học Bang Moscow.)

Một câu hỏi quan trọng khác mà các nhà nghiên cứu đặt ra cho chính họ trong cùng những năm đó: tác động của bức xạ lan truyền trong mô sống được bao xa? Người đọc sẽ nhớ rằng trong thí nghiệm với rễ hành, một hiệu ứng cục bộ đã được quan sát thấy. Ngoài anh ta ra, còn có hành động tầm xa sao? Để thiết lập điều này, các thí nghiệm mô hình đã được thực hiện: với sự chiếu xạ cục bộ của các ống dài chứa đầy dung dịch glucose, peptone, axit nucleic và các phân tử sinh học khác, bức xạ truyền qua ống. Tốc độ lan truyền của bức xạ thứ cấp là khoảng 30 m / s, điều này khẳng định giả thiết về bản chất bức xạ-hóa học của quá trình này. (Theo thuật ngữ hiện đại, các phân tử sinh học, hấp thụ các photon UV, phát huỳnh quang, phát ra một photon có bước sóng dài hơn. Đến lượt nó, các photon đã tạo ra các biến đổi hóa học sau đó.) Thật vậy, trong một số thí nghiệm, sự truyền bức xạ được quan sát thấy dọc theo toàn bộ chiều dài của một đối tượng sinh vật (ví dụ, trong rễ dài của cùng một cung).

Gurvich và các đồng nghiệp của ông cũng chỉ ra rằng bức xạ tia cực tím có độc lực cao của một nguồn vật chất cũng thúc đẩy quá trình phân chia tế bào ở rễ hành, cũng như chất dẫn điện sinh học.

Công thức của chúng tôi về đặc tính cơ bản của trường sinh học không thể hiện trong nội dung của nó bất kỳ sự tương đồng nào với các trường đã biết trong vật lý (mặc dù tất nhiên, nó không mâu thuẫn với chúng).

A. G. Gurvich. Nguyên tắc của Sinh học phân tích và Lý thuyết trường tế bào

Các photon đang dẫn

Bức xạ UV đến từ đâu trong tế bào sống? A. G. Gurvich và các đồng nghiệp trong các thí nghiệm của họ đã ghi lại quang phổ của các phản ứng oxy hóa khử vô cơ và đơn giản của enzym. Trong một thời gian, câu hỏi về các nguồn bức xạ phân bào vẫn còn bỏ ngỏ. Nhưng vào năm 1933, sau khi công bố giả thuyết của nhà quang hóa V. Frankenburger, tình hình về nguồn gốc của các photon nội bào đã trở nên rõ ràng. Frankenburger tin rằng nguồn gốc của sự xuất hiện của lượng tử cực tím năng lượng cao là những hành động tái tổ hợp hiếm gặp của các gốc tự do xảy ra trong các quá trình hóa học và sinh hóa và do tính hiếm của chúng nên không ảnh hưởng đến sự cân bằng năng lượng tổng thể của các phản ứng.

Năng lượng giải phóng trong quá trình tái tổ hợp của các gốc được hấp thụ bởi các phân tử cơ chất và được phát ra với một phổ đặc trưng của các phân tử này. Đề án này được tinh chỉnh bởi N. N. Semyonov (người đoạt giải Nobel trong tương lai) và ở dạng này đã được đưa vào tất cả các bài báo và chuyên khảo tiếp theo về quá trình hình thành phân tử. Nghiên cứu hiện đại về sự phát quang hóa học của các hệ thống sống đã xác nhận tính đúng đắn của những quan điểm này, ngày nay thường được chấp nhận. Đây chỉ là một ví dụ: nghiên cứu protein huỳnh quang.

Tất nhiên, các liên kết hóa học khác nhau được hấp thụ trong protein, bao gồm cả liên kết peptit - ở giữa tia cực tím (cường độ mạnh nhất - 190-220 nm). Nhưng đối với các nghiên cứu về huỳnh quang, các axit amin thơm, đặc biệt là tryptophan, có liên quan. Nó có cực đại hấp thụ ở 280 nm, phenylalanin ở 254 nm và tyrosine ở 274 nm. Hấp thụ lượng tử cực tím, các axit amin này sau đó phát ra chúng dưới dạng bức xạ thứ cấp - một cách tự nhiên, có bước sóng dài hơn, với đặc tính quang phổ của một trạng thái nhất định của protein. Hơn nữa, nếu có ít nhất một dư lượng tryptophan trong protein, thì chỉ có nó mới phát huỳnh quang - năng lượng được hấp thụ bởi dư lượng tyrosine và phenylalanin được phân phối lại cho nó. Phổ huỳnh quang của cặn tryptophan phụ thuộc mạnh mẽ vào môi trường - chẳng hạn như cặn ở gần bề mặt của tinh cầu hay bên trong, v.v., và phổ này thay đổi trong dải 310-340 nm.

A. G. Gurvich và các đồng nghiệp của ông đã chỉ ra trong các thí nghiệm mô hình về tổng hợp peptit rằng các quá trình chuỗi liên quan đến các photon có thể dẫn đến sự phân cắt (phân ly) hoặc tổng hợp (quang hợp). Các phản ứng quang phân ly đi kèm với bức xạ, trong khi các quá trình quang hợp không phát ra.

Bây giờ nó đã trở nên rõ ràng tại sao tất cả các tế bào phát ra, nhưng trong quá trình nguyên phân - đặc biệt mạnh mẽ. Quá trình nguyên phân tốn nhiều năng lượng. Hơn nữa, nếu trong một tế bào đang phát triển, quá trình tích lũy và tiêu thụ năng lượng diễn ra song song với quá trình đồng hóa, thì trong quá trình nguyên phân, năng lượng dự trữ của tế bào trong gian đoạn chỉ bị tiêu hao. Có sự phân hủy các cấu trúc nội bào phức tạp (ví dụ, vỏ của hạt nhân) và việc tạo ra các cấu trúc mới có thể thuận nghịch tiêu tốn năng lượng - ví dụ, các siêu xoắn nhiễm sắc.

A. G. Gurvich và các đồng nghiệp của ông cũng đã tiến hành công việc đăng ký bức xạ phân bào bằng cách sử dụng máy đếm photon. Ngoài phòng thí nghiệm Gurvich tại Leningrad IEM, các nghiên cứu này cũng ở Leningrad, tại Phystech dưới thời A. F. Ioffe, do G. M. Frank, cùng với nhà vật lý Yu. B. Khariton và S. F. Rodionov.

Ở phương Tây, các chuyên gia lỗi lạc như B. Raevsky và R. Oduber đã tham gia vào việc đăng ký bức xạ phân bào sử dụng ống nhân quang. Chúng ta cũng nên nhớ lại G. Barth, học trò của nhà vật lý nổi tiếng W. Gerlach (người sáng lập ra phép phân tích quang phổ định lượng). Barth đã làm việc hai năm trong phòng thí nghiệm của A. G. Gurvich và tiếp tục nghiên cứu của mình ở Đức. Ông đã nhận được những kết quả khả quan đáng tin cậy khi làm việc với các nguồn sinh học và hóa học, và ngoài ra, ông đã đóng góp quan trọng vào phương pháp phát hiện bức xạ cực yếu. Barth đã thực hiện hiệu chuẩn độ nhạy sơ bộ và lựa chọn các bộ nhân quang. Ngày nay, quy trình này là bắt buộc và thường xuyên đối với tất cả những người đo quang thông yếu. Tuy nhiên, chính việc bỏ qua điều này và một số yêu cầu cần thiết khác đã không cho phép một số nhà nghiên cứu trước chiến tranh có được kết quả thuyết phục.

Ngày nay, dữ liệu ấn tượng về việc đăng ký bức xạ siêu yếu từ các nguồn sinh học đã được thu thập tại Viện Vật lý Sinh học Quốc tế (Đức) dưới sự lãnh đạo của F. Popp. Tuy nhiên, một số đối thủ của ông tỏ ra nghi ngờ về những tác phẩm này. Họ có xu hướng tin rằng các bức ảnh sinh học là sản phẩm phụ của quá trình trao đổi chất, một loại tiếng ồn ánh sáng không có ý nghĩa sinh học. Nhà vật lý Rainer Ulbrich của Đại học Göttingen nhấn mạnh: “Sự phát ra ánh sáng là một hiện tượng hoàn toàn tự nhiên và hiển nhiên đi kèm với nhiều phản ứng hóa học. Nhà sinh vật học Gunther Rothe đánh giá tình hình theo cách sau: “Các bức xạ sinh học tồn tại một cách chắc chắn - ngày nay điều này đã được xác nhận một cách rõ ràng bởi các thiết bị có độ nhạy cao trong quá trình xử lý của vật lý hiện đại. Đối với cách giải thích của Popp (chúng ta đang nói về thực tế là các nhiễm sắc thể được cho là phát ra các photon liên kết. - Người biên tập), đây là một giả thuyết đẹp, nhưng xác nhận thực nghiệm được đề xuất vẫn hoàn toàn không đủ để công nhận tính hợp lệ của nó. Mặt khác, chúng ta phải lưu ý rằng rất khó có được bằng chứng trong trường hợp này, bởi vì, thứ nhất, cường độ của bức xạ photon này rất thấp, và thứ hai, các phương pháp cổ điển để phát hiện ánh sáng laze được sử dụng trong vật lý là khó áp dụng ở đây."

Trong số các công trình sinh học được xuất bản từ nước bạn, không gì thu hút sự chú ý của giới khoa học hơn công trình của bạn.

Từ một bức thư của Albrecht Bethe ngày 1930-08-01 gửi A. G. Gurvich

Mất cân bằng có kiểm soát

Hiện tượng điều hoà trong nguyên sinh chất A. G. Gurvich bắt đầu suy đoán sau những thí nghiệm ban đầu của ông trong việc ly tâm những quả trứng đã thụ tinh của động vật lưỡng cư và da gai. Gần 30 năm sau, khi hiểu được kết quả của các thí nghiệm phân bào, chủ đề này đã nhận được một động lực mới. Gurvich tin rằng việc phân tích cấu trúc của một chất nền vật chất (một tập hợp các phân tử sinh học) phản ứng với các tác động bên ngoài, bất kể trạng thái chức năng của nó là vô nghĩa. A. G. Gurvich xây dựng lý thuyết sinh lý của nguyên sinh chất. Bản chất của nó là các hệ thống sống có một bộ máy phân tử cụ thể để lưu trữ năng lượng, về cơ bản không phải là trạng thái cân bằng. Ở dạng khái quát, đây là sự cố định của ý tưởng rằng một dòng năng lượng cần thiết cho cơ thể không chỉ để tăng trưởng hoặc làm việc, mà chủ yếu để duy trì trạng thái mà chúng ta gọi là sống.

Các nhà nghiên cứu chú ý đến thực tế rằng một vụ nổ bức xạ phân bào nhất thiết phải được quan sát thấy khi dòng năng lượng bị hạn chế, điều này duy trì một mức độ trao đổi chất nhất định của hệ thống sống. (Bằng cách "hạn chế dòng năng lượng" nên được hiểu là giảm hoạt động của các hệ thống enzym, ức chế các quá trình vận chuyển xuyên màng khác nhau, giảm mức độ tổng hợp và tiêu thụ các hợp chất năng lượng cao - tức là bất kỳ quá trình nào mà cung cấp năng lượng cho tế bào - ví dụ, với việc làm lạnh một cách thuận nghịch đối với một vật thể hoặc với gây mê nhẹ). Ông gọi chúng là các chòm sao phân tử không cân bằng (NMC).

A. G. Gurvich tin rằng chính sự tan rã của NMC, sự phá vỡ tổ chức của nguyên sinh chất, là nguyên nhân dẫn đến sự bùng phát bức xạ. Ở đây, ông có rất nhiều điểm chung với ý tưởng của A. Szent-Györgyi về sự di chuyển năng lượng dọc theo các mức năng lượng chung của phức chất protein. Những ý tưởng tương tự để chứng minh bản chất của bức xạ "biophotonic" được F. Popp thể hiện ngày nay - ông gọi các vùng kích thích di chuyển là "các phân cực". Từ quan điểm của vật lý, không có gì bất thường ở đây. (Cấu trúc nội bào nào hiện được biết đến có thể phù hợp với vai trò của NMC trong lý thuyết của Gurvich - chúng tôi sẽ để lại bài tập trí tuệ này cho độc giả.)

Thực nghiệm cũng đã chứng minh rằng bức xạ cũng xảy ra khi chất nền chịu tác động cơ học của quá trình ly tâm hoặc áp dụng một điện áp yếu. Điều này có thể nói rằng NMC cũng sở hữu trật tự không gian, thứ bị xáo trộn cả do ảnh hưởng cơ học và giới hạn của dòng năng lượng.

Thoạt nhìn, có thể nhận thấy rằng NMC, sự tồn tại của nó phụ thuộc vào dòng năng lượng, rất giống với cấu trúc tiêu tán hình thành trong các hệ thống không cân bằng nhiệt động lực học, được phát hiện bởi I. R. Prigogine. Tuy nhiên, bất cứ ai đã nghiên cứu các cấu trúc như vậy (ví dụ, phản ứng Belousov - Zhabotinsky) đều biết rất rõ rằng chúng không được sao chép hoàn toàn chính xác từ kinh nghiệm này sang kinh nghiệm khác, mặc dù đặc điểm chung của chúng vẫn được giữ nguyên. Ngoài ra, chúng cực kỳ nhạy cảm với sự thay đổi nhỏ nhất của các thông số của phản ứng hóa học và điều kiện bên ngoài. Tất cả điều này có nghĩa là vì các vật thể sống cũng là những hình thái không cân bằng, chúng không thể duy trì sự ổn định động duy nhất của tổ chức của chúng chỉ do dòng năng lượng. Một yếu tố đặt hàng duy nhất của hệ thống cũng được yêu cầu. Yếu tố này A. G. Gurvich gọi nó là một lĩnh vực sinh học.

Tóm lại, phiên bản cuối cùng của lý thuyết trường sinh học (tế bào) trông như thế này. Trường có một vectơ, không phải là một lực, ký tự. (Hãy nhớ: trường lực là một vùng không gian, tại mỗi điểm có một lực nhất định tác dụng lên một đối tượng thử nghiệm được đặt trong đó; ví dụ, trường điện từ. Trường vectơ là một vùng không gian, tại mỗi điểm của nó một vectơ nhất định được cho, ví dụ, vectơ vận tốc của các hạt trong chất lỏng chuyển động.) Các phân tử ở trạng thái kích thích và do đó có năng lượng dư thừa sẽ rơi vào tác dụng của trường vectơ. Chúng có được định hướng mới, biến dạng hoặc chuyển động trong trường không phải do năng lượng của nó (nghĩa là, không theo cách xảy ra với một hạt mang điện trong trường điện từ), mà sử dụng năng lượng tiềm năng của chính chúng. Một phần đáng kể của năng lượng này được chuyển thành động năng; khi năng lượng dư thừa được tiêu hao và phân tử trở lại trạng thái không bị kích thích, ảnh hưởng của trường lên nó. Kết quả là, trật tự không gian-thời gian được hình thành trong trường tế bào - NMC được hình thành, được đặc trưng bởi một thế năng tăng lên.

Ở dạng đơn giản, so sánh sau đây có thể làm rõ điều này. Nếu các phân tử chuyển động trong tế bào là ô tô, và năng lượng dư thừa của chúng là xăng, thì trường sinh học hình thành nên địa hình mà ô tô lái. Tuân theo sự "giải tỏa", các phân tử có đặc điểm năng lượng tương tự hình thành NMC. Chúng, như đã đề cập, không chỉ liên kết với nhau về mặt năng lượng mà còn bởi một chức năng chung, và tồn tại, thứ nhất là do dòng năng lượng (ô tô không thể đi mà không có xăng), và thứ hai, do hoạt động trật tự của trường sinh học. (off-road xe sẽ không vượt qua). Các phân tử riêng lẻ liên tục đi vào và rời khỏi NMC, nhưng toàn bộ NMC vẫn ổn định cho đến khi giá trị của dòng năng lượng cung cấp cho nó thay đổi. Với việc giảm giá trị của nó, NMC phân hủy và năng lượng được lưu trữ trong nó được giải phóng.

Bây giờ, hãy tưởng tượng rằng trong một khu vực nhất định của mô sống, dòng năng lượng đã giảm đi: sự phân rã của NMC trở nên mạnh hơn, do đó, cường độ bức xạ tăng lên, chính là bức xạ điều khiển quá trình nguyên phân. Tất nhiên, bức xạ phân bào có liên quan mật thiết đến trường - mặc dù nó không phải là một phần của nó! Như chúng ta nhớ, trong quá trình phân rã (phân rã), năng lượng dư thừa được phát ra, năng lượng này không được huy động trong NMC và không tham gia vào các quá trình tổng hợp; chính vì ở hầu hết các tế bào, các quá trình đồng hoá và phân huỷ xảy ra đồng thời, mặc dù với tỷ lệ khác nhau, các tế bào có một chế độ phân bào đặc trưng. Cũng giống như trường hợp của các dòng năng lượng: trường không ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ của chúng, nhưng, tạo thành một "vùng trợ lực" trong không gian, có thể điều chỉnh hướng và phân bố của chúng một cách hiệu quả.

A. G. Gurvich đã làm việc trên phiên bản cuối cùng của lý thuyết hiện trường trong những năm chiến tranh khó khăn. "Lý thuyết về trường sinh học" được xuất bản năm 1944 (Moscow: Khoa học Xô viết) và trong lần xuất bản tiếp theo bằng tiếng Pháp - năm 1947. Lý thuyết về trường sinh học tế bào đã gây ra chỉ trích và hiểu lầm ngay cả trong số những người ủng hộ khái niệm trước đó. Sự khiển trách chính của họ là Gurvich bị cáo buộc đã từ bỏ ý tưởng về tổng thể, và quay trở lại nguyên tắc tương tác của các phần tử riêng lẻ (nghĩa là các trường của các tế bào riêng lẻ), mà chính ông đã bác bỏ. Trong bài "Khái niệm về cái" toàn thể "dưới ánh sáng của lý thuyết trường tế bào" (Tuyển tập "Hoạt động về nguyên phân và lý thuyết trường sinh vật." Gurvich cho thấy rằng không phải như vậy. Vì các trường được tạo bởi các ô riêng lẻ vượt ra ngoài giới hạn của chúng và các vectơ trường được tính tổng tại bất kỳ điểm nào trong không gian theo các quy tắc cộng hình học, nên khái niệm mới chứng minh cho khái niệm trường “thực tế”. Trên thực tế, nó là một trường tích hợp động của tất cả các tế bào của một cơ quan (hoặc sinh vật), thay đổi theo thời gian và sở hữu các đặc tính của tổng thể.

Kể từ năm 1948, hoạt động khoa học của A. G. Gurvich buộc phải tập trung chủ yếu vào lĩnh vực lý thuyết. Sau kỳ họp tháng 8 của Học viện Nông nghiệp Toàn Liên minh, ông không thấy cơ hội để tiếp tục làm việc tại Viện Y học Thực nghiệm của Viện Khoa học Y khoa Nga (ông đã làm giám đốc kể từ khi viện được thành lập năm 1945). và đầu tháng 9 nộp đơn lên Đoàn Chủ tịch Học viện cho nghỉ hưu. Trong những năm cuối đời, ông đã viết nhiều công trình về các khía cạnh khác nhau của lý thuyết trường sinh học, sinh học lý thuyết và phương pháp luận nghiên cứu sinh học. Gurvich coi những công trình này là các chương của một cuốn sách, được xuất bản năm 1991 với tựa đề "Nguyên lý sinh học phân tích và lý thuyết về trường tế bào" (Moscow: Nauka).

Sự tồn tại của một hệ thống sống, nói một cách chính xác, là vấn đề sâu xa nhất, so với việc hoạt động của nó vẫn còn hay nên ở trong bóng tối.

A. G. Gurvich. Cơ sở mô học của sinh học. Jena, 1930 (bằng tiếng Đức)

"Đồng cảm mà không hiểu"

Các tác phẩm của A. G. Gurvich về phát sinh trước Thế chiến thứ hai đã rất phổ biến ở cả nước ta và nước ngoài. Trong phòng thí nghiệm của Gurvich, các quá trình sinh ung thư được nghiên cứu tích cực, đặc biệt, người ta đã chỉ ra rằng máu của bệnh nhân ung thư, không giống như máu của người khỏe mạnh, không phải là nguồn phát xạ phân bào. Năm 1940 A. G. Gurvich đã được trao Giải thưởng Nhà nước cho công trình nghiên cứu phân bào về vấn đề ung thư. Các khái niệm "lĩnh vực" của Gurvich không bao giờ được phổ biến rộng rãi, mặc dù chúng luôn khơi dậy sự quan tâm sâu sắc. Nhưng sự quan tâm đến công việc và báo cáo của anh ấy thường vẫn hời hợt. A. A. Lyubishchev, người luôn tự xưng là học trò của A. G. Gurvich, đã mô tả thái độ này là "thông cảm mà không hiểu."

Trong thời đại của chúng ta, sự cảm thông đã được thay thế bằng sự thù địch. Một đóng góp đáng kể vào việc làm mất uy tín những ý tưởng của A. G. Gurvich được giới thiệu bởi một số tín đồ sẽ giải thích suy nghĩ của nhà khoa học "theo cách hiểu của riêng họ." Nhưng điều chính thậm chí không phải như vậy. Những ý tưởng của Gurvich đã đứng ngoài lề của con đường mà sinh học "chính thống" đã đi. Sau khi khám phá ra chuỗi xoắn kép, các quan điểm mới và hấp dẫn đã xuất hiện trước các nhà nghiên cứu. Chuỗi "gen - protein - dấu hiệu" bị thu hút bởi tính cụ thể của nó, dường như dễ dàng thu được kết quả. Đương nhiên, sinh học phân tử, di truyền học phân tử, hóa sinh đã trở thành xu hướng chủ đạo, và các quá trình kiểm soát không di truyền và không sử dụng enzym trong các hệ thống sống dần dần bị đẩy ra rìa của khoa học, và nghiên cứu của chúng bắt đầu bị coi là một nghề nghiệp phù phiếm, đáng ngờ.

Đối với các ngành lý hóa và phân tử hiện đại của sinh học, sự hiểu biết về tính toàn vẹn là xa lạ, mà A. G. Gurvich coi đó là tài sản cơ bản của sinh vật. Mặt khác, việc chia nhỏ trên thực tế tương đương với việc tiếp thu kiến thức mới. Ưu tiên nghiên cứu về mặt hóa học của các hiện tượng. Trong nghiên cứu về chất nhiễm sắc, sự nhấn mạnh được chuyển sang cấu trúc chính của DNA, và trong đó họ muốn thấy chủ yếu là một gen. Mặc dù sự mất cân bằng của các quá trình sinh học được chính thức công nhận, nhưng không ai gán cho nó một vai trò quan trọng: phần lớn các công trình nhằm phân biệt giữa “đen” và “trắng”, sự có mặt hay không có protein, hoạt động hay không hoạt động của gen.. (Không phải vì lý do gì mà nhiệt động lực học trong số sinh viên các trường đại học sinh học là một trong những ngành vật lý được yêu thích nhất và nhận thức kém nhất.) Chúng ta đã mất gì trong nửa thế kỷ sau Gurvich, những tổn thất to lớn như thế nào - câu trả lời sẽ được gợi ý bởi tương lai của khoa học.

Có lẽ, sinh học vẫn chưa đồng nhất các ý tưởng về tính toàn vẹn và bất cân bằng cơ bản của các sinh vật, về một nguyên tắc sắp xếp duy nhất đảm bảo tính toàn vẹn này. Và có lẽ những ý tưởng của Gurvich vẫn còn ở phía trước, và lịch sử của chúng chỉ mới bắt đầu.

O. G. Gavrish, ứng cử viên khoa học sinh học