(Книга в процессе перевода)
Негенетическая биология
Само по себе слово «ген» уже содержит идеологию, поскольку оно предполагает происхождение, или генезис, хотя основное его значение — нечто вроде «единицы непрерывности». Основываясь на коннотации слова, догматические генетики прямо заявили о своей «центральной догме»: информация поступает только от ДНК к РНК и только от РНК в белок. Когда Темин и Балтимор описали «обратную транскрипцию» ДНК из РНК, все профессиональные биологи, с которыми я говорил, сказали, что они не верят в возможность этого. Даже когда никто не угрожал идее добавления «информации» в хромосомы, доминирующая вера среди биологов заключалась в том, что развитие тщательно контролируется «генами», потому что организм генам обязан своим генезисом. Принято считать, что гены «управляют», «обуславливают» или «программируют» интеллект, пропорции тела и старение. «Врожденное» состояние часто понимали как «генетическое». В учебниках говорится, что материнское влияние было только «генетическим», потому что плод был «изолирован» от событий в организме матери (так же, как «зародышевая линия» была изолирована от событий в остальной части тела).Негенетическая биология
 |
| Рис. 1. Кумулятивный эффект |
Энергия и мозг
Когда я изучал литературу, мне было интересно, насколько энергетически отличаются разные писатели и разные социальные группы. В литературе инакомыслящих (я написал магистерскую диссертацию по Уильяму Блейку) всегда много энергии, с избытком. Я начал видеть литературные «периоды» или стили (классический, реалистический, романтический, сюрреалистический и т. д.) как отражение социальной энергии и структуры. Размышляя в таком ключе о функции языка в обществе и в жизни человека, я увидел, что тексты Блейка о том, как он применял образы и символы, имеют смысл с точки зрения физиологии мозга. Даже отношение человека к математическим концепциям, теориям идеальных языков и «языковой философии» тесно связано с его отношением к власти, энергии, телу и природе сознания (2). |
| Рис. 2 |
На определенном этапе беременности количество клеток мозга у плода в два раза превышает таковое в момент рождения, и вполне вероятно, что хорошие условия для матери и плода — адекватный объем крови, насыщение кислородом, достаточный уровень глюкозы, прогестерона (3), гормона щитовидной железы, отсутствие токсинов и дисбалансов в питании — могут сохранить некоторые из клеток, которые обычно погибают к моменту рождения. Поскольку количество глюкозы и гормонов в организме регулируют мозг и печень, то именно условия развития этих органов с высокой вероятностью влияют на их дальнейшее функционирование и отвечают за некоторые из наблюдаемых трансгенерационных явлений.
Механизмы старения
Узнав о влиянии гормонов и запаса энергии на развитие мозга, а также о влиянии мозга на старение (и о догмах в нейронауках), я начал работать над тем, как энергетический метаболизм влияет на репродуктивную недостаточность, особенно на снижение фертильности при старении. Я надеялся, что работа в менее догматической области физиологии все же позволит мне лучше понять организм в целом, в том числе мозг.
Профессор Содерволл и его ученики из Орегонского университета показали, что у стареющих хомяков возникают отказы в работе желтого тела (области яичнике, которые производят главным образом прогестерон), а добавки витамина Е могут значительно продлить период фертильности. Его группа показала, что не «пожилые яйцеклетки» отвечают за бесплодие, а матка теряет способность к имплантации. Содерволл также продемонстрировал, что в любой момент беременности избыточный эстроген может привести к проблемам — от невозможности эмплантировать эмбрион до резорбции плода на поздней стадии.
Хотя я исследовал связь эстрогена с раком и знал по собственному опыту с мигренями, что стресс, диета и гормоны очень мощно влияют друг на друга, начав исследование окислительного метаболизма матки, я не представлял, что мои основные интересы при этом сойдутся в одной точке. Я был знаком с известной идеей Отто Варбурга о том, что рак вызывается «респираторным дефектом», и я знал, что у стареющей ткани дыхательная способность сокращается.
В учебниках говорилось, что за бесплодие при старении отетственны «стареющая яйцеклетка» и дефицит эстрогена. (Происхождение этих, входящих в матрицу догм, идей— это другая история, и я описал ее в другом месте). Я обнаружил, что у старых животных эндометрий матки зачастую потребляет кислород с высокой скоростью и проявляет другие признаки того, что он находится под воздействием чрезмерного эстрогена. Пытаясь с этим разобраться, я увидел, что высокой скорости потребления кислорода могут способствовать несколько вещей. Одинаковый влияние оказывают ситуации, когда либо слишком много эстрогенов, либо слишком мало прогестерона, поскольку действие этих гормонов определяет именно соотношение между ними. Дефицит витамина Е увеличивает потребление кислорода, и такое же влияние оказывает слишком большое количество ненасыщенных жиров. При дефиците витамина Е ненасыщенные масла окисляются таким способом, что образуется «возрастной пигмент», также называемый цероидным пигментом или липофусцином. Этот пигмент потребляет и кислород, и топливо, но не дает никакой полезной энергии.
Избыток эстрогена синергирует с дефицитом витамина Е, усиливая образование этого пигмента. Отчасти это может быть связано с тем, что эстроген является мощным стимулятором поглощения железа, а железо участвует в перекисном окислении, которое и приводит к образованию этого пигмента. Причиной того, что железо становится активным при перекисном окислении, является низкая концентрация кислорода, а у эстрогена как раз имеется несколько возможностей понизить доступность кислорода. Таким образом оказалось, что многие особенности старения напоминают скорее ситуации избыточного, а не дефицитного эстрогена.
По-видимому, эстроген препятствует или прерывает беременность, заставляя матку потреблять кислород с такой высокой скоростью, что его не остается для эмбриона, которому с момента имплантации требуется много кислорода. Хронические или кумулятивные эффекты эстрогена, приводящие к образованию липофусцина, оказывается, действуют в том же направлении, что и сам эстроген, приводя к снижению кислорода, особенно в матке, но также и во всех других тканях (происходит старение всего организма). Избыток эстрогена также может разрушить желтое тело, препятствуя выработке прогестерона. Во время беременности действие прогестерона заключается в обеспечении для эмбриона доступа кислорода и питательных веществ, а также он ингибирует образование липофусцина и других признаков старения, повышая эффективность. (Среди антистрессовых стероидов прогестерон выделяется отсутствием вредных побочных эффектов).
Хотя моя работа и подтвердила другое исследование, проведенное в лаборатории Содервола в течение предыдущих 25 лет, идея о том, что влияние эстрогена, по-видимому, возрастает при старении и даже способствует процессу старения, противоречила доктрине, которую продвигала фармацевтическая промышленность. Тем не менее, я продолжал читать и увидел, что на самом деле нет никаких доказательств, противоречащих тому, что я видел в своей работе. Что имелось, так это сеть интерпретаций, которая требовалась для продаж терапии эстрогенами. Даже тот факт, что эстроген вызывает аборты, был очень сознательно «проигнорирован», пока индустрия не сфабриковала более приемлемое обоснование для торговли «противозачаточными» таблетками. Идея многих факторов, действующих в одном направлении и имеющих кумулятивный эффект, показалась мне наделенной общим биологическим смыслом. Казалось, это часть ответа на вопрос о том, что же именно теряется или накапливается при старении и отвечает за снижение адаптивной способности к изменяющейся среде. Казалось, это говорит что-то о природе «респираторного дефекта» Варбурга при раке. Эстроген и ненасыщенные жиры подавляют гормон щитовидной железы, который регулирует дыхание. Расточительный метаболизм доминирующего эстрогена имеет тенденцию выбирать всю глюкозу и, вероятно, активирует гормоны стресса, в том числе кортизол. Основные черты старения можно получить непосредственно путем введения чрезмерного количества кортизола. Эти особенности включают атрофию кожи, артерий, мышц, костей, иммунной системы и зон головного мозга, потерю пигмента (меланина), депонирование жира в определенных областях и замедление скорости проводимости нервов. Физиология старения (особенно репродуктивного старения) перекрывает физиологию стресса.
Ожидаемая продолжительность жизни у взрослых
Когда есть канализация и чистая вода, смертность младенцев и детей от инфекционных заболеваний невысока, поэтому средний возраст населения увеличивается, ведь до пожилого возраста доживает больший процент рожденных. Возросшее применение средств контроля рождаемости также ведет к увеличению среднего возраста населения, поскольку ежегодно рождается меньше детей. Изменения рождаемости и выживаемости младенцев могут происходить одновременно с сокращающим жизнь взрослых людей хроническим отравлением, которое возникает из-за промышленного загрязнения среды.
Чтобы понять воздействие старения на риск заболевания и смерти, нам нужна информация конкретно о людях, достигших определенного возраста. В США есть несколько организаций и частных лиц, которые умело использовали «перенормированную» статистику, чтобы убедить общественность в том, что рак побеждается, промышленное загрязнение безвредно, болезнь вызвана собственными безответственными выборами заболевшего, а продолжительность нашей жизни за последние несколько десятилетий увеличилась на несколько лет. Старые люди скорее всего умрут от рака, и в США на протяжении последних десятилетий смертность от рака среди пожилых растет, так же как и смертность от рака для населения в целом. В США за последние десятилетия ожидаемая продолжительность жизни для пожилых людей едва увеличилась на год. 2000 лет назад ожидаемая продолжительность жизни для пожилых людей, похоже, была на несколько лет дольше, чем сейчас.
Чтобы понять воздействие старения на риск заболевания и смерти, нам нужна информация конкретно о людях, достигших определенного возраста. В США есть несколько организаций и частных лиц, которые умело использовали «перенормированную» статистику, чтобы убедить общественность в том, что рак побеждается, промышленное загрязнение безвредно, болезнь вызвана собственными безответственными выборами заболевшего, а продолжительность нашей жизни за последние несколько десятилетий увеличилась на несколько лет. Старые люди скорее всего умрут от рака, и в США на протяжении последних десятилетий смертность от рака среди пожилых растет, так же как и смертность от рака для населения в целом. В США за последние десятилетия ожидаемая продолжительность жизни для пожилых людей едва увеличилась на год. 2000 лет назад ожидаемая продолжительность жизни для пожилых людей, похоже, была на несколько лет дольше, чем сейчас.
 | ||
| Рис. 3 Сравнение ожидаемой продолжительности жизни в Древнем Риме и современной Америке, по материалам Макдонелла и Гловера. |
Пубертантный период и старение
Многие исследования показали, что, по-видимому, половое созревание запускает механизм старения, и была высказана идея о «гормоне смерти», локализованном в гипофизе. (Рис. 4 и 5.) Многие дегенеративные заболевания развиваются под влиянием чрезмерного эстрогена и кортизона (и в результате многих метаболических изменений, которые возникают вследствие воздействия этих гормонов). Многие из этих заболеваний, в особенности те, что возникают после полового созревания и чаще встречаются у женщин, можно эффективно лечить антиэстрогенными и антистрессовыми гормонами, такими как прогестерон.
 |
| Рис. 4 |
 |
| Рис. 5 |
Ханс Селье отмечал, что лечение эстрогенами имитирует первую, «шоковую», фазу стрессовой реакции. Избыток эстрогена (или любого стрессора) заставляет гипофиз выделять пролактин и АКТГ, и оба гормона действуют на яичники, чтобы прекратить производство прогестерона, а также вносят свой вклад в процессы атрофирования многими другими способами. АКТГ, конечно же, стимулирует секрецию кортизола. Очевидно, что удаление гипофиза, чтобы задержать старение, не является практическим вариантом, но, изменив диету, можно до некоторой степени создать защиту от «гормонов смерти» и свести к минимуму воздействие эстрогена и кортизола.
Исторические и демографические исследования показывают, что на возраст полового созревания влияют определенные условия. Эшли Монтегю утверждала, мол, нужно больше неотений, в том смысле, что надо стараться сохранить и продлить юность, потому что в ней заключены наши самые человеческие качества. Если результаты исследований на животных обобщить, то получается, что отсрочка полового созревания может увеличить размер мозга и продолжительность жизни, улучшить интеллект, уменьшить насилие и даже сделать людей физически более привлекательными (типаж «симпатичного щеночка» в значительной степени зависит от размера мозга по отношению к размеру лица и тела). Я думаю, это будет следующий шаг в эволюции человека. Подобно тому, как воспитание, стимуляция и свобода способствуют улучшению функции и структуры мозга, жестокость и угнетение действуют в противоположном направлении. Если половое созревание задержалось, то очевидной становится роль культуры, развивающей любопытство, интерес к исследованиям, игре и чувственным удовольствиям, так что биология и культура будут взаимно дополнять друг друга.
Физиологический возраст частей тела некоторым образом зависит от стадии развития всего организма. Это противоречит идее редукционистов о том, что клетки или ткани имеют «присущую им» продолжительность жизни и разрушаются после некоторого ограниченного числа делений. Когда фрагменты ткани груди или кожи старых животных несколько раз пересаживали молодым животным того же (сингенного) штамма, после десяти «сроков жизни» они все еще находились в хорошем состоянии, и период их существования, по-видимому, ограничивала только необходимость вырезания их каждый раз при пересадке, чтобы убедиться, что в трансплантации не участвовала ткань молодого животного.
Когда старых крыс прививали на молодых, то старая крыса пары жила до двух раз дольше ожидаемого возраста. В недавних исследованиях молодых самок прививали на старых самок, чтобы изучить гормональные факторы старения. Оказалось, что яичники молодых животных постарели, и в них снизилось производство прогестерона. Таким образом, старая ткань, оказывается, становится моложе при пересадке на молодых животных, а молодую ткань можно «состарить», связав ее со старым животным. Подобные доказательства (и простое наблюдение, что клетки кожи и кишечника подвергаются тысячам делений при жизни человека), в значительной степени свидетельствуют в пользу идеи о том, что старение связано с системной энергетической проблемой.
Энергия и эволюция
В. И. Вернадский считал, что процессы обмена энергии и обмена веществ Земли усиливаются, и что биосфера испытает еще один значительный рост «скорости метаболизма», подобный тому, который случился в результате возникновения фотосинтеза на ранней стадии развития жизни. M. И. Будыко (в «Эволюции биосферы», 1986) обсуждает принцип «ароморфоза», согласно которому происхождение высших типов животных тесно связано с наличием большего количества энергии в окружающей среде и с появлением новых структур, позволивших повысить энергетический уровень активности и создать более сложные взаимодействия с окружающей средой (4). Когда у позвоночных развилась эффективная теплорегуляция, они смогли значительно увеличить свое энергопотребление. Выход из воды на сушу требует такой способности к более высокому энергопотреблению, а также новых структур, соответствующих новому образу жизни.
Когда млекопитающие и птицы достигли способности поддерживать более скоростной метаболизм, стабильно удерживая довольно высокую температуру тела, их основанная на фотосинтезе «пищевая цепь» состояла из организмов с более низкой температурой тела.
Сахар, белки и насыщенные жиры, вырабатываемые теплыми организмами, могут быть съедены теплокровными животными без особых побочных эффектов (5). Организмы, которые живут при низких температурах, содержат ненасыщенные жиры. Потребление большого количества ненасыщенных жиров снижает скорость метаболизма, а накопленные ненасыщенные жиры чувствительны к спонтанной и токсичной форме окисления. (Среди токсических эффектов — повреждение дыхательного аппарата, циркуляторной и иммунной системы, повышенная скорость старения и рак.)
В действительности, эти «низкоэнергетические» продукты питания противодействуют эволюционному достижению высокой скорости метаболизма. В ряде исследований было показано, что половое созревание можно задержать, если снизить потребление ненасыщенных жиров. В других исследованиях выяснилось, что избыток ненасыщенного масла в рационе матери может нарушить развитие мозга у плода. Выбор пищевых продуктов, имеющих в своем составе менее ненасыщенный жир, укрепляет эволюционные достижения.
Индустрия растительных масел сформировала у нации фобию употребления в пищу насыщенных жиров и холестерина, в то время как под идеей исключения этих продуктов из питания нет никакой базы. Люди с гипотиреозом склонны к сердечным заболеваниям, но при восстановлении функции их щитовидной железы повышенный уровень холестерина в крови становится нормальным, см. рис. 6. Холестерин наивысшей концентрации в организме находится в мозге. На производство защитных гормонов, таких как прогестерон, сильно влияет уровень холестерина крови. Самые высокие концентрации защитных гормонов также находятся в мозге.
Другим энергетическим фактором является видимый свет. В условиях зимы и ночью дыхательная система энергопроизводства повреждается, защитные гормоны понижаются, а вредоносные гормоны стресса растут. Иммунная система становится менее активной, и смертность возрастает.
Несмотря на то, что ультрафиолетовый свет ускоряет старение и вызывает рак при взаимодействии с ненасыщенными жирами кожи (E. P. Pinckney, Medical Counterpoint, Feb, 1973), обычный видимый свет оказывает на животных ряд положительных воздействий. Одним из таких воздействий является «регенерация» фермента СОД (супероксиддисмутазы), когда его атом меди под действием света вынужден пересоединяться с белком. Свет также повышает активность нормальных респираторных ферментов и содействует нормальной (или максимальной) выработке гормонов, включая прогестерон и гормон щитовидной железы.
Миграция животных с целью воспроизводства в регионах с большей продолжительностью светового дня — это способ извлечь выгоду из энергосберегающего действия света. Весеннее повышение гормонов у взрослых птиц вызывает рост новых клеток мозга в области, которая управляет их пением. (У людей внутричерепное пространство продолжает расти до старости, и количество ДНК в мозге также увеличивается с возрастом, однако, предполагается, что эти изменения в мозге взрослых людей обусловлены увеличением размеров нервных клеток и числа клеток соединительной ткани, а не постоянным ростом числа нервных клеток.) Я бы ожидал, что потепление климата и масштабное использование искусственного света (или миграции) приведут к продлению молодости и развитию более совершенного мозга.
Много лет назад говорили о тенденции «цефализации» в эволюции. Это тенденция создавать иерархическую организацию, в которой размер и значение мозга растут по мере эволюционирования. Позже было обнаружено, что интенсивность и эффективность дыхательного энергопроизводства в мозге растут с уровнем эволюции и алертности.
Другая относящаяся к энергопроизводству тенденция связана с небеспорядочной структурой ДНК. У аэробных микроорганизмов более высокое содержание G+C (гуанина и цитозина) в ДНК, чем у анаэробов, а теплокровные позвоночные имеют больше G+C, чем более низкие в классификации организмы, причем содержание G+C снова соответствует количеству используемого кислорода.
Хотя полный смысл показателя G+C не известен, он, как полагают, влияет на стабильность организма на разных уровнях, а мне думается, он позволяет организму процветать при более высоких температурах.
Связь G+C с эволюционным уровнем интересна тем, что изменения происходят в «не кодирующей» ДНК, там, где не участвует обычный выбор с «закодированными» белками. Когда-то в основе генетики были представления об «изоляция» генома и случайности его изменений; подозреваю, именно поэтому большинство биологов не знают об этой необычной характеристике состава ДНК. С течением времени люди освободятся от запутывающей догмы. (На рис. 7 показано увеличивающееся содержание G+C для плодовой мухи, жабы, мыши, коровы и человека в ДНК митохондрии, где вырабатывается энергия).
Загрязнения
Помимо извращений в нашем продовольственном снабжении, вызванном пропагандой индустрии растительных масел, растет загрязнение нашего продовольствия тяжелыми металлами. Например, повсюду распространился свинец, главным образом в результате его использования в освинцованном бензине. Пищевые добавки часто загрязняются тяжелыми металлами из серной кислоты, используемой при их изготовлении. Многие люди знают о знаменитых экспериментах, в которых ограничение количества употребляемой пищи приводило к росту продолжительности жизни животных, словно еда была токсичной. И только удаление токсичных тяжелых металлов из пищи без ограничения ее количества оказало такое же воздействие на продолжительность жизнь подопытных животных.
Когда эстроген повышен (как во время полового созревания, беременности или терапии эстрогеном), стимулируется поглощение железа. В процессе старения содержание железа в организме растет, особенно если имеется дефицит меди, содержание которой с возрастом снижается. Медь является важным компонентом цитохромоксидазы, которая играет решающую заключительную роль в митохондриальной дыхательной системе. Медь входит в состав цитоплазматического фермента СОД, который с возрастом уменьшается. Церулоплазмин, основной меде-содержащий белок, помогает удерживать железо в безопасной окисленной форме. Медь участвует в выработке меланина (который сам является антиоксидантом) и эластина. Столь характерная для старения потеря меланина, эластина и дыхательной способности вызвана также чрезмерным воздействием кортизола.
Белок, металлотионеин, богат сульфгидрильными группами, связывающими тяжелые металлы. Считается, что этот белок помогает обезвредить и устранить токсичные металлы. Этот белок индуцируется воздействием либо тяжелого металла, либо кортизола. Большее его количество вырабатывается при сочетании тяжелых металлов и кортизола, чем при воздействии этих факторов по одному. Поскольку медь, как и токсичные металлы кадмий, свинец, ртуть и серебро, сильно реагирует с сульфгидрильными группами, то организм, скорее всего, потеряет некоторое количество меди, подвергшись воздействию тяжелых металлов или кортизола. Я думаю, что очевидные черты старения, такие как потеря эластичности кожи, легких и кровеносных сосудов, депигментация (демеланизация) кожи, волос и (при болезни Паркинсона) черной субстанции, а также сокращение дыхательной способности объясняет хроническая потеря меди. Замена меди железом (и потеря медных ферментов, которые защищают от катализируемых железом свободных радикалов), вероятно, объясняет повышенное при старении образование липофусцина. Когда зависимое от меди митохондриальное дыхание нарушается, возможно, липофусцин становится примитивным видом защиты от стресса, поскольку обладает способностью поддерживать гликолитическое энергопроизводство (путем сохранения коэнзима НАД, никотинамидадениндинуклеотида, в относительно окисленном состоянии).
У животных меде-содержащие добавки к рациону могут восстанавливать естественный цвет шерсти до белой окраски, а в одном эксперименте это даже продлило время жизни. В настоящее время нет достаточных знаний о безопасности различных способов введения дополнительной меди. Медь может быть токсичной, и она окисляет другие нутриенты. Помимо выбора продуктов с высоким содержанием меди и низким содержанием железа и других тяжелых металлов, другие пищевые варианты, которые направлены на поддержание функции щитовидной железы, будут способствовать и сохранению меди. Существуют приемы в питании, которые могут свести к минимуму выработку нами кортизола (например, комбинирование фруктов и белков, поскольку белковые продукты понижают уровень сахара в крови и стимулируют секрецию кортизола).
Процессы самоорганизации
Старая идея, циркулирующая в нашей культуре, все еще склоняет многих людей к концепции «бильярдного шара» механистической причинности и заключается в том, что материя должна быть упорядочена «извне». Для Декарта это касалось материального мира, которому не хватает «вторичных» качеств, т. е. любого качества помимо присутствия в космосе. Этот абстрактный мир был дополнен совершенно отдельным миром разума и духа. Дух Декарта продолжает жить во многих генетиках, которые видят «отбор» как принцип упорядочения, наложенный на тупую материальную субстанцию, которая может изменяться только неупорядоченным образом, случайно.
Эта генетическая доктрина оказывает на медицинское мышление сильное влияние. Сотни заболеваний классифицированы как «генетические», и идею расширили, показав повышенную восприимчивость некоторых типов генетических тканей даже к вызванным микробами и токсическим заболеваниям. О диабете, аллергии, артрите, зобе и миопии часто говорят, что они «вызваны генами», несмотря на четкие доказательства влияния окружающей среды на их формирование.
Несколько известных молекулярных биологов писали и читали лекции о своей идее, что все в нашем поведении и культуре (включая искусство, политику и язык) программируется конкретно генами. (Один из них словно перенес генетическую операцию или мутировал, когда я указал на некоторые вопиющие ошибки в его аргументации, а он впоследствии изменил свои заявления.) Физическая наука дает гораздо более богатую картину свойств и потенциала материального мира, чем признают генетики. Но даже многие физики не признают богатство, которое стоит за совокупностью экспериментальных результатов в их области. Многие известные физики имели довольно целостные представления о мире (например, Дж. Ч. Бос, Майкл Полани, Б. В. Дерягин, Фредерик Содди, В. И. Вернадский). Полноценный физический подход может многое предложить биологии. Однако, когда я говорю, что для достижения адекватного знания целостный подход в биологии открыт для применения как физики и химии, так и экологии, истории и космологии, мне следует упомянуть и о существовании школы сверхъестественной (нематериальной и сосредоточенной на «квантах») физики, которая подает себя как целостное мировоззрение. Для них, полагаю, все еще применимо такое замечание Эйнштейна: «Вы верите в бога, играющего в кости, а я — в совершенные законы мира вещей, существующих как реальные объекты...» Где-то в другом месте Эйнштейн заметил, что поля объекта равнозначны распространению его материальной субстанции, т. е. он предпочитал материализовать поля, а не дематериализовывать вещи, как это делают некоторые из популярных философов физики (6).
Было показано, что упорядоченный эпитаксиальный рост кристаллов возникает в толще пластиковой пленки. Александр Ротен подробно изучил этот процесс дальнего упорядочивания. Он смог продемонстрировать биологически специфическую адсорбцию на относительно больших расстояниях. Многие другие исследования в области адсорбции и дальнего явно показывают, что взаимодействие атомов и молекул в клетках не должно регулироваться ни прямым контактом, ни случайным движением. Перегруппировавшись, компоненты клетки возвращаются в нормальное по отношению к другим компонентам положение, демонстрируя замечательную способность к самосборке или самонастраиванию.
В медицинской натуропатической традиции признается замечательная способность организма к саморегуляции и самовосстановлению. Я думаю, что сегодня, в свете новых знаний об энергии и структуре, эту позицию можно с пользой распространять. Размышляя в краткосрочном временном масштабе — о здоровье отдельного человека, в масштабе поколений — в связи желанием иметь более здоровых, более интеллектуально развитых детей, и вообще в масштабе эволюции, я думаю, мы можем заметить тенденцию, которая заключается не в том, чтобы просто сохранялся гомеостаз, но происходило движение вверх к большей энергии и большей общности структуры и функции. Задача обеспечения большей энергией и масштабов ее использования стимулирует нашу способность применять энергию осмысленно.
Некоторые заключения
Живые организмы наделены значительной приспособительной гибкостью, и мы можем наблюдать некоторые из способов, с помощью которых структуры разной сложности, относящиеся к более высоким или более низким уровням организации, приспосабливаются к состоянию энергии и структуры их окружения.
Условия, в которых развивается мозг, включая период гестации и более поздние питательные, гормональные и поведенческие условия, степень стресса и стимуляции, способствуют формированию структурной сложности мозга и метаболического энергопотребления, а также способности организма успешно справляться с ситуацией в окружающей среде.
Порочные физиологические циклы зачастую стабилизируют организм на низком энергетическом уровне, что может привести к заболеванию или быстрому старению.
Однако, существование нескольких систем положительной обратной связи (самостимулирования) указывает на то, что в нашей фундаментальной структуре мы тяготеем к экспансивному, восходящему направлению. Прогестерон (и его предшественники, прегненолон и холестерин) и гормоны щитовидной железы участвуют в некоторых важных системах с положительной обратной связью, включая энергопроизводство, устойчивость к стрессу и рост мозга.
При лечении и в повседневной жизни мы можем стараться защищать и оказывать содействие нашим энерговырабатывающим и энергосберегающим системам, находя такую стимуляцию, такие световые и температурные условия и такие продукты питания, которые соответствуют нашему эволюционному уровню.
Примечания
В. И. Вернадский считал, что процессы обмена энергии и обмена веществ Земли усиливаются, и что биосфера испытает еще один значительный рост «скорости метаболизма», подобный тому, который случился в результате возникновения фотосинтеза на ранней стадии развития жизни. M. И. Будыко (в «Эволюции биосферы», 1986) обсуждает принцип «ароморфоза», согласно которому происхождение высших типов животных тесно связано с наличием большего количества энергии в окружающей среде и с появлением новых структур, позволивших повысить энергетический уровень активности и создать более сложные взаимодействия с окружающей средой (4). Когда у позвоночных развилась эффективная теплорегуляция, они смогли значительно увеличить свое энергопотребление. Выход из воды на сушу требует такой способности к более высокому энергопотреблению, а также новых структур, соответствующих новому образу жизни.
Когда млекопитающие и птицы достигли способности поддерживать более скоростной метаболизм, стабильно удерживая довольно высокую температуру тела, их основанная на фотосинтезе «пищевая цепь» состояла из организмов с более низкой температурой тела.
Сахар, белки и насыщенные жиры, вырабатываемые теплыми организмами, могут быть съедены теплокровными животными без особых побочных эффектов (5). Организмы, которые живут при низких температурах, содержат ненасыщенные жиры. Потребление большого количества ненасыщенных жиров снижает скорость метаболизма, а накопленные ненасыщенные жиры чувствительны к спонтанной и токсичной форме окисления. (Среди токсических эффектов — повреждение дыхательного аппарата, циркуляторной и иммунной системы, повышенная скорость старения и рак.)
В действительности, эти «низкоэнергетические» продукты питания противодействуют эволюционному достижению высокой скорости метаболизма. В ряде исследований было показано, что половое созревание можно задержать, если снизить потребление ненасыщенных жиров. В других исследованиях выяснилось, что избыток ненасыщенного масла в рационе матери может нарушить развитие мозга у плода. Выбор пищевых продуктов, имеющих в своем составе менее ненасыщенный жир, укрепляет эволюционные достижения.
 |
| Рис. 6 |
Другим энергетическим фактором является видимый свет. В условиях зимы и ночью дыхательная система энергопроизводства повреждается, защитные гормоны понижаются, а вредоносные гормоны стресса растут. Иммунная система становится менее активной, и смертность возрастает.
Несмотря на то, что ультрафиолетовый свет ускоряет старение и вызывает рак при взаимодействии с ненасыщенными жирами кожи (E. P. Pinckney, Medical Counterpoint, Feb, 1973), обычный видимый свет оказывает на животных ряд положительных воздействий. Одним из таких воздействий является «регенерация» фермента СОД (супероксиддисмутазы), когда его атом меди под действием света вынужден пересоединяться с белком. Свет также повышает активность нормальных респираторных ферментов и содействует нормальной (или максимальной) выработке гормонов, включая прогестерон и гормон щитовидной железы.
Миграция животных с целью воспроизводства в регионах с большей продолжительностью светового дня — это способ извлечь выгоду из энергосберегающего действия света. Весеннее повышение гормонов у взрослых птиц вызывает рост новых клеток мозга в области, которая управляет их пением. (У людей внутричерепное пространство продолжает расти до старости, и количество ДНК в мозге также увеличивается с возрастом, однако, предполагается, что эти изменения в мозге взрослых людей обусловлены увеличением размеров нервных клеток и числа клеток соединительной ткани, а не постоянным ростом числа нервных клеток.) Я бы ожидал, что потепление климата и масштабное использование искусственного света (или миграции) приведут к продлению молодости и развитию более совершенного мозга.
Много лет назад говорили о тенденции «цефализации» в эволюции. Это тенденция создавать иерархическую организацию, в которой размер и значение мозга растут по мере эволюционирования. Позже было обнаружено, что интенсивность и эффективность дыхательного энергопроизводства в мозге растут с уровнем эволюции и алертности.
Другая относящаяся к энергопроизводству тенденция связана с небеспорядочной структурой ДНК. У аэробных микроорганизмов более высокое содержание G+C (гуанина и цитозина) в ДНК, чем у анаэробов, а теплокровные позвоночные имеют больше G+C, чем более низкие в классификации организмы, причем содержание G+C снова соответствует количеству используемого кислорода.
Хотя полный смысл показателя G+C не известен, он, как полагают, влияет на стабильность организма на разных уровнях, а мне думается, он позволяет организму процветать при более высоких температурах.
 |
| Рис. 7 Замена молчащих нуклеотидов и содержание G+C в звуковых генах митохондрий и бактерий. T. H. Jukes and V. Bhushan, Journal of Molecular Biology 24, 39-44, 1966 |
Связь G+C с эволюционным уровнем интересна тем, что изменения происходят в «не кодирующей» ДНК, там, где не участвует обычный выбор с «закодированными» белками. Когда-то в основе генетики были представления об «изоляция» генома и случайности его изменений; подозреваю, именно поэтому большинство биологов не знают об этой необычной характеристике состава ДНК. С течением времени люди освободятся от запутывающей догмы. (На рис. 7 показано увеличивающееся содержание G+C для плодовой мухи, жабы, мыши, коровы и человека в ДНК митохондрии, где вырабатывается энергия).
Загрязнения
Помимо извращений в нашем продовольственном снабжении, вызванном пропагандой индустрии растительных масел, растет загрязнение нашего продовольствия тяжелыми металлами. Например, повсюду распространился свинец, главным образом в результате его использования в освинцованном бензине. Пищевые добавки часто загрязняются тяжелыми металлами из серной кислоты, используемой при их изготовлении. Многие люди знают о знаменитых экспериментах, в которых ограничение количества употребляемой пищи приводило к росту продолжительности жизни животных, словно еда была токсичной. И только удаление токсичных тяжелых металлов из пищи без ограничения ее количества оказало такое же воздействие на продолжительность жизнь подопытных животных.
Когда эстроген повышен (как во время полового созревания, беременности или терапии эстрогеном), стимулируется поглощение железа. В процессе старения содержание железа в организме растет, особенно если имеется дефицит меди, содержание которой с возрастом снижается. Медь является важным компонентом цитохромоксидазы, которая играет решающую заключительную роль в митохондриальной дыхательной системе. Медь входит в состав цитоплазматического фермента СОД, который с возрастом уменьшается. Церулоплазмин, основной меде-содержащий белок, помогает удерживать железо в безопасной окисленной форме. Медь участвует в выработке меланина (который сам является антиоксидантом) и эластина. Столь характерная для старения потеря меланина, эластина и дыхательной способности вызвана также чрезмерным воздействием кортизола.
Белок, металлотионеин, богат сульфгидрильными группами, связывающими тяжелые металлы. Считается, что этот белок помогает обезвредить и устранить токсичные металлы. Этот белок индуцируется воздействием либо тяжелого металла, либо кортизола. Большее его количество вырабатывается при сочетании тяжелых металлов и кортизола, чем при воздействии этих факторов по одному. Поскольку медь, как и токсичные металлы кадмий, свинец, ртуть и серебро, сильно реагирует с сульфгидрильными группами, то организм, скорее всего, потеряет некоторое количество меди, подвергшись воздействию тяжелых металлов или кортизола. Я думаю, что очевидные черты старения, такие как потеря эластичности кожи, легких и кровеносных сосудов, депигментация (демеланизация) кожи, волос и (при болезни Паркинсона) черной субстанции, а также сокращение дыхательной способности объясняет хроническая потеря меди. Замена меди железом (и потеря медных ферментов, которые защищают от катализируемых железом свободных радикалов), вероятно, объясняет повышенное при старении образование липофусцина. Когда зависимое от меди митохондриальное дыхание нарушается, возможно, липофусцин становится примитивным видом защиты от стресса, поскольку обладает способностью поддерживать гликолитическое энергопроизводство (путем сохранения коэнзима НАД, никотинамидадениндинуклеотида, в относительно окисленном состоянии).
У животных меде-содержащие добавки к рациону могут восстанавливать естественный цвет шерсти до белой окраски, а в одном эксперименте это даже продлило время жизни. В настоящее время нет достаточных знаний о безопасности различных способов введения дополнительной меди. Медь может быть токсичной, и она окисляет другие нутриенты. Помимо выбора продуктов с высоким содержанием меди и низким содержанием железа и других тяжелых металлов, другие пищевые варианты, которые направлены на поддержание функции щитовидной железы, будут способствовать и сохранению меди. Существуют приемы в питании, которые могут свести к минимуму выработку нами кортизола (например, комбинирование фруктов и белков, поскольку белковые продукты понижают уровень сахара в крови и стимулируют секрецию кортизола).
Процессы самоорганизации
Старая идея, циркулирующая в нашей культуре, все еще склоняет многих людей к концепции «бильярдного шара» механистической причинности и заключается в том, что материя должна быть упорядочена «извне». Для Декарта это касалось материального мира, которому не хватает «вторичных» качеств, т. е. любого качества помимо присутствия в космосе. Этот абстрактный мир был дополнен совершенно отдельным миром разума и духа. Дух Декарта продолжает жить во многих генетиках, которые видят «отбор» как принцип упорядочения, наложенный на тупую материальную субстанцию, которая может изменяться только неупорядоченным образом, случайно.
Эта генетическая доктрина оказывает на медицинское мышление сильное влияние. Сотни заболеваний классифицированы как «генетические», и идею расширили, показав повышенную восприимчивость некоторых типов генетических тканей даже к вызванным микробами и токсическим заболеваниям. О диабете, аллергии, артрите, зобе и миопии часто говорят, что они «вызваны генами», несмотря на четкие доказательства влияния окружающей среды на их формирование.
Несколько известных молекулярных биологов писали и читали лекции о своей идее, что все в нашем поведении и культуре (включая искусство, политику и язык) программируется конкретно генами. (Один из них словно перенес генетическую операцию или мутировал, когда я указал на некоторые вопиющие ошибки в его аргументации, а он впоследствии изменил свои заявления.) Физическая наука дает гораздо более богатую картину свойств и потенциала материального мира, чем признают генетики. Но даже многие физики не признают богатство, которое стоит за совокупностью экспериментальных результатов в их области. Многие известные физики имели довольно целостные представления о мире (например, Дж. Ч. Бос, Майкл Полани, Б. В. Дерягин, Фредерик Содди, В. И. Вернадский). Полноценный физический подход может многое предложить биологии. Однако, когда я говорю, что для достижения адекватного знания целостный подход в биологии открыт для применения как физики и химии, так и экологии, истории и космологии, мне следует упомянуть и о существовании школы сверхъестественной (нематериальной и сосредоточенной на «квантах») физики, которая подает себя как целостное мировоззрение. Для них, полагаю, все еще применимо такое замечание Эйнштейна: «Вы верите в бога, играющего в кости, а я — в совершенные законы мира вещей, существующих как реальные объекты...» Где-то в другом месте Эйнштейн заметил, что поля объекта равнозначны распространению его материальной субстанции, т. е. он предпочитал материализовать поля, а не дематериализовывать вещи, как это делают некоторые из популярных философов физики (6).
Было показано, что упорядоченный эпитаксиальный рост кристаллов возникает в толще пластиковой пленки. Александр Ротен подробно изучил этот процесс дальнего упорядочивания. Он смог продемонстрировать биологически специфическую адсорбцию на относительно больших расстояниях. Многие другие исследования в области адсорбции и дальнего явно показывают, что взаимодействие атомов и молекул в клетках не должно регулироваться ни прямым контактом, ни случайным движением. Перегруппировавшись, компоненты клетки возвращаются в нормальное по отношению к другим компонентам положение, демонстрируя замечательную способность к самосборке или самонастраиванию.
В медицинской натуропатической традиции признается замечательная способность организма к саморегуляции и самовосстановлению. Я думаю, что сегодня, в свете новых знаний об энергии и структуре, эту позицию можно с пользой распространять. Размышляя в краткосрочном временном масштабе — о здоровье отдельного человека, в масштабе поколений — в связи желанием иметь более здоровых, более интеллектуально развитых детей, и вообще в масштабе эволюции, я думаю, мы можем заметить тенденцию, которая заключается не в том, чтобы просто сохранялся гомеостаз, но происходило движение вверх к большей энергии и большей общности структуры и функции. Задача обеспечения большей энергией и масштабов ее использования стимулирует нашу способность применять энергию осмысленно.
Некоторые заключения
Живые организмы наделены значительной приспособительной гибкостью, и мы можем наблюдать некоторые из способов, с помощью которых структуры разной сложности, относящиеся к более высоким или более низким уровням организации, приспосабливаются к состоянию энергии и структуры их окружения.
Условия, в которых развивается мозг, включая период гестации и более поздние питательные, гормональные и поведенческие условия, степень стресса и стимуляции, способствуют формированию структурной сложности мозга и метаболического энергопотребления, а также способности организма успешно справляться с ситуацией в окружающей среде.
Порочные физиологические циклы зачастую стабилизируют организм на низком энергетическом уровне, что может привести к заболеванию или быстрому старению.
Однако, существование нескольких систем положительной обратной связи (самостимулирования) указывает на то, что в нашей фундаментальной структуре мы тяготеем к экспансивному, восходящему направлению. Прогестерон (и его предшественники, прегненолон и холестерин) и гормоны щитовидной железы участвуют в некоторых важных системах с положительной обратной связью, включая энергопроизводство, устойчивость к стрессу и рост мозга.
При лечении и в повседневной жизни мы можем стараться защищать и оказывать содействие нашим энерговырабатывающим и энергосберегающим системам, находя такую стимуляцию, такие световые и температурные условия и такие продукты питания, которые соответствуют нашему эволюционному уровню.
Примечания
- Резонанс связан с почти одновременными взаимодействиями между энергией и веществом, а гистерезис — с длительными эффектами более ранних взаимодействий энергии и материи.
- В 1957 году я распространил среди студентов разных национальностей и классов вопросник. Полученные мною выводы говорят о том, что абстрактная личность современного белого западного мужчины дезадаптивна, в том смысле, что многие жизненные способности или умения не развиты или подавлены.
- Прогестерон является одним из факторов «химически определенной» среды для роста нервных клеток в культуре. Другие факторы — это инсулин, трансферрин, селенит и путресцин.
- Идея Будыко о том, что биосферой управляет энергия, не знакома нашей англо-американской культуре, которая пыталась думать обо всем, даже о погоде (и особенно об эволюции) с точки зрения механики, инерции, статистики и гидродинамики. Существует сопротивление в отношении идеи о направленных, динамических саморегулируемых системах. Энергии солнца для фотосинтеза отводят незначительную роль.
- «Теплые организмы» — это организмы, которые согреваются внутренним теплопроизводством и регулированием температуры или окружающей средой.
- Пол Форман в статье «Исследования по истории науки» дает ценную историческую информацию о социальных факторах, имевших место в Германии 1920-х годов, когда уход физики из мира реальных объектов стал очень заметным.
Глава 2. Другой взгляд на эволюцию
Несколько человек указывали, что не стоит ожидать появления порядка из беспорядка, сколько ни жди, только если в исходной ситуации имеется принцип упорядочения, «образующая тенденция». Тогда «хаос» будет описан как «потенциал», а развитие организации будет больше похоже на катящийся вниз по склону снежный ком, чем на поэтапное сохранение «случайных вариаций» в почти бесконечном временном масштабе. Наше знание о себе и наше представление о смысле жизни зависит от ответа на этот основной вопрос — о природе порядка и происхождении жизни.
Когда в нефти были обнаружены сложные органические соединения, некоторые люди восприняли это как доказательство, что нефть — это результат просачивания остатков мертвых организмов в пористые геологические образования. Другая точка зрения заключается в том, что нефть была непосредственно создана землей, и что жизнь является параллельным творением.
В 1859 году, когда Дарвин опубликовал свою знаменитую книгу, в Пенсильвании была пробурена первая нефтяная скважина, а химики начали с особым интересом изучать нефть. Когда высокоуглеродитое железо растворяется в хлористоводородной кислоте, на ее поверхности появляется масло. Менделеев заметил, что оно похоже на природную нефть, поэтому он разослал по всему миру образцы знакомым с нефтью людям. Все идентифицировали его запах как запах нефти, и некоторым даже показалось, что они могут определить, из какого она региона (1).
Менделеев и другие предположили, что расплавленные металлы в глубине Земли могут взаимодействовать с углеродом, присутствующим в минералах, и так возникает нефть.
Недавно Густав Аррениус из Института океанографии Скриппса изучал способность карбонатов железа производить органические соединения. Я думаю, что разрыв в 100 лет между этой работой и идеями Менделеева и его современников является результатом доминирующей привычки мыслить о мире, как о негостеприимном месте, в котором жизнь есть великая невероятность, возникшая с большими трудностями. Знаменитый Крик, например, предположил, что жизнь должна была возникнуть где-то в другом месте, а потом прибыла на Землю в качестве поистине чужого космического путешественника. Мысль о том, что формы жизни, возможно, словно изверглись из земли в вулканических регионах, делает все слишком легким; и куда это могло бы привести, начни люди верить, что жизнь может возникнуть без борьбы за существование?
Несколько лет назад Сидни Фокс продемонстрировал, что аминокислоты, помещенные на горячую вулканическую породу, спонтанно преобразовались в белки, и у эти белки имели некоторое ферментоподобное каталитическое действие. При добавлении небольшого количества воды белки спонтанно формировали небольшие самовоспроизводящиеся сферы, точно по размеру бактерий. А одним из их ферментоподобных свойств была способность синтезировать похожие на генные цепи из подходящих молекул-предшественников.
Исследования глубинного океанского дна намного ниже уровня, на котором должна существовать жизнь (из-за отсутствия света), выявили червеобразные организмы. Дальнейшее изучение показало, что черви питаются бактериями, которые, в свою очередь, живут за счет вулканических выбросов, извергающихся через океанское дно. Если вулканические процессы создали жизненные формы и даже могут обеспечить им пищу, тогда нам не нужно представлять, будто сначала обязательно развились зеленые растения, а уж потом животные.
Вулканы выбрасывают окислители (2), и в нефти имеются гемоподобные молекулы порфирина, которые могут катализировать похожие на дыхательные реакции. Хотя молекулярный кислород и является нашим самым важным акцептором электронов (окислителем), другие вещества тоже могли бы иметь аналогичную функцию. А поскольку вулканы извергают как окислители, так и восстановители (в зависимости от температуры и других условий), мы не должны слепо принимать установку, согласно которой жизнь возникла в «восстановительной атмосфере» (3). Поскольку реакции, которые производят нефтеподобные углеводороды, не вырабатывают углеводов, мы могли бы захотеть исследовать возможность того, что углеводы являются продуктом примитивной разновидности метаболизма.
Если рассмотреть возможность вулканического происхождения жизни, то некоторые вещи будут выглядеть по-другому. Например, существует предположение, что жизнь возникла в изобилии, в среде, богатой, по крайней мере локально, сложными органическими молекулами, а не в случайных молекулярных сгустках, генерируемых молнией или медленно растворяющимся метеоритом. И мысль о том, что жизнь действительно имеет геологическое происхождение и является выражением природы нашей планеты, может побудить нас по-настоящему чувствовать себя как дома.
Если мы думаем о жизни, уже сложной и дышащей, движущейся к свету и приспосабливающейся к новой системе, в которой углекислый газ для новых синтезов берется из окружающей среды, мы, скорее всего, зададим другой набор биохимических и биоэнергетических вопросов. Первыми системами, использующими свет, могли быть системы детоксикации, которые эволюционировали для защиты дыхания от таких соединений, как аммиак, цианид и монооксид углерода. Эволюция этих систем могла бы привести к фотосинтезу. Если это так, то теоретическое и химическое исследование истоков жизни может дать нам некоторые подсказки о природе биологических ритмов, основанных на смене дня и ночи.
Об идее «ноосферы» писали некоторые мыслители. Пьер Тейяр де Шарден в «Человеческом феномене» использовал термин, придуманный Эдуардом Ле Роем. В. И. Вернадский в биогеохимических эссе разработал концепцию в отношении принципов биогеохимии. Вернадский видел ноосферу как ступень естественного геологического развития Земли. Он предположил, что вслед за различными этапами и аспектами Земли, литосферы, гидросферы, атмосферы и биосферы последует стадия, в которой высокоразвитое человеческое общество осознает свое место в мире и с пониманием займется сохранением и развитием природной системы.
Это не то же самое, что «гипотеза Гайи», в которой Земля рассматривается как саморегулируемая система, подобная организму, поскольку люди, которые говорят об идее ноосферы, осознают ущерб, уже нанесенный человеческой жизнью биосфере, и подчеркивают, что вектор развития человеческой цивилизации будет иметь решающее значение для Земли.
Если мы слепо продолжим бесцельную индустриализацию, уничтожение лесов, разрушительные сельскохозяйственные практики и милитаризм, вся биосфера может быть уничтожена, и это, возможно, покончит с земным развитием. Но если цивилизация идет к пониманию того, что мир находится в процессе развития, мы сможем найти в нем свое место. Если это произойдет, Земля перейдет на новый энергетический уровень, подобно тому, как это произошло когда-то с появлением фотосинтеза. По мере наращивания нашего понимания, мы можем думать о нашем сознании как о геологической силе.
Во время Второй мировой войны Вернадский писал: «Я смотрю на всё с точки зрения ноосферы и думаю, что в буре и грозе, в ужасах и страданиях стихийно родится новое прекрасное будущее человечества».
Примечания:
В 1859 году, когда Дарвин опубликовал свою знаменитую книгу, в Пенсильвании была пробурена первая нефтяная скважина, а химики начали с особым интересом изучать нефть. Когда высокоуглеродитое железо растворяется в хлористоводородной кислоте, на ее поверхности появляется масло. Менделеев заметил, что оно похоже на природную нефть, поэтому он разослал по всему миру образцы знакомым с нефтью людям. Все идентифицировали его запах как запах нефти, и некоторым даже показалось, что они могут определить, из какого она региона (1).
Менделеев и другие предположили, что расплавленные металлы в глубине Земли могут взаимодействовать с углеродом, присутствующим в минералах, и так возникает нефть.
Недавно Густав Аррениус из Института океанографии Скриппса изучал способность карбонатов железа производить органические соединения. Я думаю, что разрыв в 100 лет между этой работой и идеями Менделеева и его современников является результатом доминирующей привычки мыслить о мире, как о негостеприимном месте, в котором жизнь есть великая невероятность, возникшая с большими трудностями. Знаменитый Крик, например, предположил, что жизнь должна была возникнуть где-то в другом месте, а потом прибыла на Землю в качестве поистине чужого космического путешественника. Мысль о том, что формы жизни, возможно, словно изверглись из земли в вулканических регионах, делает все слишком легким; и куда это могло бы привести, начни люди верить, что жизнь может возникнуть без борьбы за существование?
Несколько лет назад Сидни Фокс продемонстрировал, что аминокислоты, помещенные на горячую вулканическую породу, спонтанно преобразовались в белки, и у эти белки имели некоторое ферментоподобное каталитическое действие. При добавлении небольшого количества воды белки спонтанно формировали небольшие самовоспроизводящиеся сферы, точно по размеру бактерий. А одним из их ферментоподобных свойств была способность синтезировать похожие на генные цепи из подходящих молекул-предшественников.
Исследования глубинного океанского дна намного ниже уровня, на котором должна существовать жизнь (из-за отсутствия света), выявили червеобразные организмы. Дальнейшее изучение показало, что черви питаются бактериями, которые, в свою очередь, живут за счет вулканических выбросов, извергающихся через океанское дно. Если вулканические процессы создали жизненные формы и даже могут обеспечить им пищу, тогда нам не нужно представлять, будто сначала обязательно развились зеленые растения, а уж потом животные.
Вулканы выбрасывают окислители (2), и в нефти имеются гемоподобные молекулы порфирина, которые могут катализировать похожие на дыхательные реакции. Хотя молекулярный кислород и является нашим самым важным акцептором электронов (окислителем), другие вещества тоже могли бы иметь аналогичную функцию. А поскольку вулканы извергают как окислители, так и восстановители (в зависимости от температуры и других условий), мы не должны слепо принимать установку, согласно которой жизнь возникла в «восстановительной атмосфере» (3). Поскольку реакции, которые производят нефтеподобные углеводороды, не вырабатывают углеводов, мы могли бы захотеть исследовать возможность того, что углеводы являются продуктом примитивной разновидности метаболизма.
Если рассмотреть возможность вулканического происхождения жизни, то некоторые вещи будут выглядеть по-другому. Например, существует предположение, что жизнь возникла в изобилии, в среде, богатой, по крайней мере локально, сложными органическими молекулами, а не в случайных молекулярных сгустках, генерируемых молнией или медленно растворяющимся метеоритом. И мысль о том, что жизнь действительно имеет геологическое происхождение и является выражением природы нашей планеты, может побудить нас по-настоящему чувствовать себя как дома.
Если мы думаем о жизни, уже сложной и дышащей, движущейся к свету и приспосабливающейся к новой системе, в которой углекислый газ для новых синтезов берется из окружающей среды, мы, скорее всего, зададим другой набор биохимических и биоэнергетических вопросов. Первыми системами, использующими свет, могли быть системы детоксикации, которые эволюционировали для защиты дыхания от таких соединений, как аммиак, цианид и монооксид углерода. Эволюция этих систем могла бы привести к фотосинтезу. Если это так, то теоретическое и химическое исследование истоков жизни может дать нам некоторые подсказки о природе биологических ритмов, основанных на смене дня и ночи.
Об идее «ноосферы» писали некоторые мыслители. Пьер Тейяр де Шарден в «Человеческом феномене» использовал термин, придуманный Эдуардом Ле Роем. В. И. Вернадский в биогеохимических эссе разработал концепцию в отношении принципов биогеохимии. Вернадский видел ноосферу как ступень естественного геологического развития Земли. Он предположил, что вслед за различными этапами и аспектами Земли, литосферы, гидросферы, атмосферы и биосферы последует стадия, в которой высокоразвитое человеческое общество осознает свое место в мире и с пониманием займется сохранением и развитием природной системы.
Это не то же самое, что «гипотеза Гайи», в которой Земля рассматривается как саморегулируемая система, подобная организму, поскольку люди, которые говорят об идее ноосферы, осознают ущерб, уже нанесенный человеческой жизнью биосфере, и подчеркивают, что вектор развития человеческой цивилизации будет иметь решающее значение для Земли.
Если мы слепо продолжим бесцельную индустриализацию, уничтожение лесов, разрушительные сельскохозяйственные практики и милитаризм, вся биосфера может быть уничтожена, и это, возможно, покончит с земным развитием. Но если цивилизация идет к пониманию того, что мир находится в процессе развития, мы сможем найти в нем свое место. Если это произойдет, Земля перейдет на новый энергетический уровень, подобно тому, как это произошло когда-то с появлением фотосинтеза. По мере наращивания нашего понимания, мы можем думать о нашем сознании как о геологической силе.
Во время Второй мировой войны Вернадский писал: «Я смотрю на всё с точки зрения ноосферы и думаю, что в буре и грозе, в ужасах и страданиях стихийно родится новое прекрасное будущее человечества».
Примечания:
- П. Н. Кропоткин. Гипотеза Д. И. Менделеева о неорганическом происхождении нефти и ее развитие советской наукой. Журнал Всесоюзного химического общества им. Д. И. Менделеева, том XXXI, №5, 1986.
- Многие происходящие в вулканах процессы способны генерировать молекулярный кислород, например, разогрев оксидов металлов, оксикислот и оксисолей, попадание хлора в известковый раствор или смешивание хлора и пара при высокой температуре. Если молекулярный кислород высвобождается в результате вулканических взрывов, то его можно просмотреть.
- «Аргумент» о зарождении жизни в восстановительной атмосфере опирается на то, что такую атмосферу создает ультрафиолетовый свет, и при этом формируются многие органические соединения; кислород образует озон, блокируя ультрафиолетовое излучение. Если бы жизнь создавал ультрафиолетовый свет, то кислород должен был отсутствовать. Если бы сложные органические молекулы создавало нечто отличное от ультрафиолетового света, то присутствие кислорода просто оказывало бы то же защитное действие, которое оно оказывает сейчас.
Продолжение следует