Transmisi gen jarak jauh: penelitian ilmuwan Alexander Gurvich

2024 Pengarang: Seth Attwood | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-16 16:08

Pada akhir musim semi 1906, Alexander Gavrilovich Gurvich, yang berusia pertengahan tiga puluhan sudah menjadi ilmuwan terkenal, didemobilisasi dari tentara. Selama perang dengan Jepang, ia menjabat sebagai dokter di resimen belakang yang ditempatkan di Chernigov. (Di sanalah Gurvich, dengan kata-katanya sendiri, "melarikan diri dari kemalasan paksa", menulis dan mengilustrasikan "Atlas dan esai tentang embriologi vertebrata", yang diterbitkan dalam tiga bahasa dalam tiga tahun ke depan).

Sekarang dia pergi bersama istri muda dan putri kecilnya sepanjang musim panas ke Rostov yang Agung - ke orang tua istrinya. Dia tidak memiliki pekerjaan, dan dia masih tidak tahu apakah dia akan tinggal di Rusia atau akan pergi ke luar negeri lagi.

Di belakang Fakultas Kedokteran Universitas Munich, pertahanan tesis, Strasbourg dan Universitas Bern. Ilmuwan muda Rusia sudah akrab dengan banyak ahli biologi Eropa, eksperimennya sangat dihargai oleh Hans Driesch dan Wilhelm Roux. Dan sekarang - tiga bulan isolasi penuh dari karya ilmiah dan kontak dengan rekan kerja.

Musim panas ini A. G. Gurvich merenungkan pertanyaan itu, yang dirumuskannya sendiri sebagai berikut: "Apa artinya saya menyebut diri saya seorang ahli biologi, dan apa yang sebenarnya ingin saya ketahui?" Kemudian, dengan mempertimbangkan proses spermatogenesis yang dipelajari dan diilustrasikan secara menyeluruh, ia sampai pada kesimpulan bahwa esensi manifestasi makhluk hidup terdiri dari hubungan antara peristiwa terpisah yang terjadi secara serempak. Ini menentukan "sudut pandangnya" dalam biologi.

Warisan tercetak dari A. G. Gurvich - lebih dari 150 makalah ilmiah. Sebagian besar dari mereka diterbitkan dalam bahasa Jerman, Prancis, dan Inggris, yang dimiliki oleh Alexander Gavrilovich. Karyanya meninggalkan tanda cerah dalam embriologi, sitologi, histologi, histofisiologi, biologi umum. Tetapi mungkin benar untuk mengatakan bahwa "arah utama aktivitas kreatifnya adalah filsafat biologi" (dari buku "Alexander Gavrilovich Gurvich. (1874-1954)". Moskow: Nauka, 1970).

A. G. Gurvich pada tahun 1912 adalah orang pertama yang memperkenalkan konsep "bidang" ke dalam biologi. Pengembangan konsep bidang biologi menjadi tema utama karyanya dan berlangsung selama lebih dari satu dekade. Selama ini, pandangan Gurvich tentang sifat bidang biologis telah mengalami perubahan besar, tetapi mereka selalu berbicara tentang bidang sebagai faktor tunggal yang menentukan arah dan keteraturan proses biologis.

Tak perlu dikatakan, betapa menyedihkan nasib menunggu konsep ini di setengah abad berikutnya. Ada banyak spekulasi, yang penulisnya mengklaim telah memahami sifat fisik dari apa yang disebut "biofield", seseorang segera melakukan perawatan untuk orang. Beberapa mengacu pada A. G. Gurvich, tanpa repot sama sekali dengan upaya menggali makna karyanya. Mayoritas tidak tahu tentang Gurvich dan, untungnya, tidak merujuknya, karena baik istilah "biofield" itu sendiri, maupun berbagai penjelasan tentang tindakannya oleh A. G. Gurvich tidak ada hubungannya dengan itu. Namun demikian, hari ini kata-kata "bidang biologis" menyebabkan skeptisisme yang tidak terselubung di antara lawan bicara yang berpendidikan. Salah satu tujuan artikel ini adalah untuk memberi tahu pembaca kisah nyata tentang gagasan bidang biologi dalam sains.

Apa yang menggerakkan sel?

A. G. Gurvich tidak puas dengan keadaan biologi teoretis pada awal abad ke-20. Dia tidak tertarik dengan kemungkinan genetika formal, karena dia sadar bahwa masalah "penularan hereditas" pada dasarnya berbeda dari masalah "implementasi" sifat-sifat dalam tubuh.

Mungkin tugas biologi yang paling penting hingga hari ini adalah mencari jawaban atas pertanyaan "kekanak-kanakan": bagaimana makhluk hidup dalam semua keanekaragamannya muncul dari bola mikroskopis satu sel? Mengapa sel-sel yang membelah tidak membentuk koloni-koloni kental yang tidak berbentuk, melainkan struktur organ dan jaringan yang kompleks dan sempurna? Dalam mekanisme perkembangan saat itu, pendekatan kausal-analitis yang diusulkan oleh W. Ru diadopsi: perkembangan embrio ditentukan oleh banyak hubungan sebab-akibat yang kaku. Tetapi pendekatan ini tidak sesuai dengan hasil eksperimen G. Driesch, yang membuktikan bahwa penyimpangan tajam yang disebabkan oleh eksperimen mungkin tidak mengganggu perkembangan yang berhasil. Pada saat yang sama, masing-masing bagian tubuh tidak terbentuk sama sekali dari struktur yang normal - tetapi mereka terbentuk! Dengan cara yang sama, dalam eksperimen Gurvich sendiri, bahkan dengan sentrifugasi intensif telur amfibi, melanggar struktur yang terlihat, pengembangan lebih lanjut berlangsung secara seimbang - yaitu, berakhir dengan cara yang sama seperti pada telur utuh.

Beras. 1 Angka A. G. Gurvich dari 1914 - gambar skematis lapisan sel dalam tabung saraf embrio hiu. 1 - konfigurasi formasi awal (A), konfigurasi selanjutnya (B) (garis tebal - bentuk yang diamati, putus-putus - diasumsikan), 2 - konfigurasi awal (C) dan pengamatan (D), 3 - awal (E), prediksi (F) … Garis tegak lurus menunjukkan sumbu panjang sel - "jika Anda membuat kurva tegak lurus terhadap sumbu sel pada saat pengembangan tertentu, Anda dapat melihat bahwa itu akan bertepatan dengan kontur tahap pengembangan selanjutnya dari area ini"

A. G. Gurvich melakukan studi statistik mitosis (pembelahan sel) di bagian simetris dari embrio berkembang atau organ individu dan memperkuat konsep "faktor normalisasi", dari mana konsep bidang kemudian muncul. Gurvich menetapkan bahwa satu faktor mengendalikan gambaran keseluruhan dari distribusi mitosis di bagian-bagian embrio, tanpa sama sekali menentukan waktu dan lokasi yang tepat dari masing-masingnya. Tidak diragukan lagi, premis teori medan terkandung dalam formula Driesch yang terkenal "nasib prospektif suatu elemen ditentukan oleh posisinya secara keseluruhan." Kombinasi ide ini dengan prinsip normalisasi membawa Gurvich pada pemahaman tentang keteraturan dalam kehidupan sebagai "subordinasi" elemen-elemen menjadi satu kesatuan - sebagai lawan dari "interaksi" mereka. Dalam karyanya "Keturunan sebagai Proses Realisasi" (1912), ia untuk pertama kalinya mengembangkan konsep bidang embrionik - morf. Sebenarnya, itu adalah proposal untuk memutuskan lingkaran setan: untuk menjelaskan munculnya heterogenitas di antara elemen-elemen yang awalnya homogen sebagai fungsi dari posisi elemen dalam koordinat spasial keseluruhan.

Setelah itu, Gurvich mulai mencari rumusan hukum yang menggambarkan pergerakan sel dalam proses morfogenesis. Dia menemukan bahwa selama perkembangan otak pada embrio hiu, “sumbu panjang sel-sel lapisan dalam epitel saraf berorientasi pada waktu tertentu tidak tegak lurus terhadap permukaan formasi, tetapi pada titik tertentu (15- 20') sudutnya. Orientasi sudutnya alami: jika Anda membuat kurva yang tegak lurus terhadap sumbu sel pada saat pengembangan tertentu, Anda dapat melihat bahwa itu akan bertepatan dengan kontur tahap selanjutnya dalam pengembangan area ini”(Gbr. 1). Tampaknya sel-sel "tahu" di mana harus bersandar, di mana harus meregangkan untuk membangun bentuk yang diinginkan.

Untuk menjelaskan pengamatan ini, A. G. Gurvich memperkenalkan konsep "permukaan gaya" yang bertepatan dengan kontur permukaan akhir dasar dan memandu pergerakan sel. Namun, Gurvich sendiri menyadari ketidaksempurnaan hipotesis ini. Selain kompleksitas bentuk matematis, ia tidak puas dengan "teleologi" konsep tersebut (sepertinya mensubordinasikan pergerakan sel ke bentuk masa depan yang tidak ada). Dalam karya berikutnya "Pada konsep bidang embrionik" (1922) "konfigurasi akhir dari dasar dianggap bukan sebagai permukaan gaya yang menarik, tetapi sebagai permukaan ekuipotensial bidang yang berasal dari sumber titik." Dalam karya yang sama, konsep "medan morfogenetik" diperkenalkan untuk pertama kalinya.

Pertanyaan itu diajukan oleh Gurvich begitu luas dan mendalam sehingga setiap teori morfogenesis yang mungkin muncul di masa depan, pada dasarnya, hanyalah jenis lain dari teori medan.

L. V. Belousov, 1970

Ultraviolet biogenik

“Fondasi dan akar masalah mitogenesis diletakkan dalam minat saya yang tidak pernah pudar pada fenomena ajaib kariokinesis (ini adalah bagaimana mitosis dipanggil kembali di pertengahan abad terakhir. - Ed. Note),” tulis A. G. Gurvich pada tahun 1941 dalam catatan otobiografinya."Mitogenesis" - istilah kerja yang lahir di laboratorium Gurvich dan segera digunakan secara umum, setara dengan konsep "radiasi mitogenetik" - radiasi ultraviolet yang sangat lemah dari jaringan hewan dan tumbuhan, merangsang proses pembelahan sel (mitosis).

A. G. Gurvich sampai pada kesimpulan bahwa mitosis pada objek hidup perlu dipertimbangkan bukan sebagai peristiwa yang terisolasi, tetapi secara agregat, sebagai sesuatu yang terkoordinasi - apakah mitosis yang terorganisir secara ketat dari fase pertama pembelahan telur atau mitosis yang tampaknya acak dalam jaringan hewan atau tumbuhan dewasa. Gurvich percaya bahwa hanya pengakuan integritas organisme yang memungkinkan untuk menggabungkan proses tingkat molekuler dan seluler dengan fitur topografi distribusi mitosis.

Sejak awal tahun 1920-an A. G. Gurvich mempertimbangkan berbagai kemungkinan pengaruh eksternal yang merangsang mitosis. Di bidang penglihatannya adalah konsep hormon tanaman, yang dikembangkan pada waktu itu oleh ahli botani Jerman G. Haberlandt. (Dia meletakkan bubur sel yang dihancurkan pada jaringan tanaman dan mengamati bagaimana sel-sel jaringan mulai membelah lebih aktif.) Tetapi tidak jelas mengapa sinyal kimia tidak mempengaruhi semua sel dengan cara yang sama, mengapa, katakanlah, sel-sel kecil membelah lebih banyak. sering daripada yang besar. Gurvich menyarankan bahwa intinya adalah dalam struktur permukaan sel: mungkin, dalam sel muda, elemen permukaan diatur dengan cara khusus, menguntungkan untuk persepsi sinyal, dan ketika sel tumbuh, organisasi ini terganggu. (Tentu saja, tidak ada konsep reseptor hormon pada waktu itu.)

Namun, jika asumsi ini benar dan distribusi spasial dari beberapa elemen penting untuk persepsi sinyal, asumsi tersebut menunjukkan bahwa sinyal tersebut mungkin tidak bersifat kimiawi, tetapi bersifat fisik: misalnya, radiasi yang mempengaruhi beberapa struktur sel. permukaan beresonansi. Pertimbangan ini akhirnya dikonfirmasi dalam sebuah eksperimen yang kemudian dikenal luas.

Beras. 2 Induksi mitosis pada ujung akar bawang (menggambar dari karya "Das Problem der Zellteilung physiologisch betrachtet", Berlin, 1926). Penjelasan dalam teks

Berikut adalah deskripsi percobaan ini, yang dilakukan pada tahun 1923 di Universitas Krimea. “Akar pemancar (induktor), terhubung ke bohlam, diperkuat secara horizontal, dan ujungnya diarahkan ke zona meristem (yaitu, ke zona proliferasi sel, dalam hal ini juga terletak di dekat ujung akar. - Ed. Catatan) dari akar serupa kedua (detektor) dipasang secara vertikal. Jarak antara akar adalah 2-3 mm”(Gbr. 2). Pada akhir pemaparan, akar yang merasakan ditandai dengan tepat, difiksasi, dan dipotong menjadi serangkaian bagian memanjang yang sejajar dengan bidang medial. Bagian diperiksa di bawah mikroskop dan jumlah mitosis dihitung pada sisi yang disinari dan sisi kontrol.

Saat itu telah diketahui bahwa selisih jumlah mitosis (biasanya 1000-2000) pada kedua belahan ujung akar biasanya tidak melebihi 3-5%. Jadi, "kelebihan yang signifikan, sistematis, dan sangat terbatas dalam jumlah mitosis" di zona pusat dari akar yang merasakan - dan inilah yang dilihat para peneliti pada bagian - tidak dapat disangkal lagi memberi kesaksian tentang pengaruh faktor eksternal. Sesuatu yang memancar dari ujung akar induktor memaksa sel-sel akar detektor untuk membelah lebih aktif (Gbr. 3).

Penelitian lebih lanjut dengan jelas menunjukkan bahwa ini adalah tentang radiasi dan bukan tentang bahan kimia yang mudah menguap. Tabrakan menyebar dalam bentuk balok paralel sempit - segera setelah akar pendorong sedikit dibelokkan ke samping, efeknya menghilang. Itu juga menghilang ketika piring kaca ditempatkan di antara akar. Tetapi jika piring itu terbuat dari kuarsa, efeknya tetap ada! Ini menunjukkan bahwa radiasinya adalah ultraviolet. Kemudian, batas spektralnya ditetapkan lebih akurat - 190-330 nm, dan intensitas rata-rata diperkirakan pada level 300-1000 foton / s per sentimeter persegi. Dengan kata lain, radiasi mitogenetik yang ditemukan oleh Gurvich adalah ultraviolet sedang dan dekat dengan intensitas yang sangat rendah. (Menurut data modern, intensitasnya bahkan lebih rendah - berada di urutan puluhan foton / s per sentimeter persegi.)

Beras. 3 Representasi grafis dari efek empat percobaan. Arah positif (di atas sumbu absis) berarti mitosis lebih dominan pada sisi yang disinari.

Sebuah pertanyaan alami: bagaimana dengan ultraviolet dari spektrum matahari, apakah itu mempengaruhi pembelahan sel? Dalam percobaan, efek seperti itu dikeluarkan: dalam buku oleh A. G. Gurvich dan L. D. Gurvich "Radiasi mitogenetik" (M., Medgiz, 1945), di bagian rekomendasi metodologis, dengan jelas ditunjukkan bahwa jendela selama percobaan harus ditutup, tidak boleh ada api terbuka dan sumber percikan listrik di laboratorium. Selain itu, eksperimen harus disertai dengan kontrol. Namun, perlu dicatat bahwa intensitas UV matahari jauh lebih tinggi, oleh karena itu, efeknya pada benda hidup di alam, kemungkinan besar, harus sangat berbeda.

Pengerjaan topik ini menjadi lebih intensif setelah transisi A. G. Gurvich pada tahun 1925 di Universitas Moskow - ia dengan suara bulat terpilih sebagai kepala Departemen Histologi dan Embriologi Fakultas Kedokteran. Radiasi mitogenetik ditemukan pada ragi dan sel bakteri, pembelahan telur bulu babi dan amfibi, kultur jaringan, sel tumor ganas, saraf (termasuk akson terisolasi) dan sistem otot, darah organisme sehat. Seperti yang dapat dilihat dari daftar, jaringan yang tidak dapat dibelah juga dipancarkan - mari kita ingat fakta ini.

Gangguan perkembangan larva bulu babi yang disimpan dalam wadah kuarsa tertutup di bawah pengaruh radiasi mitogenetik yang berkepanjangan dari kultur bakteri pada 30-an abad XX dipelajari oleh J. dan M. Magrou di Institut Pasteur. (Hari ini, penelitian serupa dengan embrio ikan dan amfibi sedang dilakukan di biofasies Universitas Negeri Moskow oleh A. B. Burlakov.)

Pertanyaan penting lainnya yang diajukan para peneliti kepada diri mereka sendiri di tahun-tahun yang sama: seberapa jauh aksi radiasi menyebar di jaringan hidup? Pembaca akan ingat bahwa dalam percobaan dengan akar bawang, efek lokal diamati. Apakah selain dia ada juga aksi jarak jauh? Untuk menetapkan ini, percobaan model dilakukan: dengan iradiasi lokal tabung panjang yang diisi dengan larutan glukosa, pepton, asam nukleat, dan biomolekul lainnya, radiasi disebarkan melalui tabung. Kecepatan rambat dari apa yang disebut radiasi sekunder adalah sekitar 30 m / s, yang mengkonfirmasi asumsi tentang sifat radiasi-kimia dari proses tersebut. (Dalam istilah modern, biomolekul, menyerap foton UV, berfluoresensi, memancarkan foton dengan panjang gelombang yang lebih panjang. Foton, pada gilirannya, memunculkan transformasi kimia berikutnya.) Memang, dalam beberapa percobaan, perambatan radiasi diamati sepanjang seluruh panjang gelombang. objek biologis (misalnya, di akar panjang busur yang sama).

Gurvich dan rekan kerjanya juga menunjukkan bahwa radiasi ultraviolet yang sangat dilemahkan dari sumber fisik juga mendorong pembelahan sel di akar bawang, seperti halnya induktor biologis.

Perumusan kami tentang sifat dasar medan biologis tidak mewakili dalam isinya analogi apa pun dengan medan yang dikenal dalam fisika (walaupun, tentu saja, itu tidak bertentangan dengan mereka).

A. G. Gurvich. Prinsip Biologi Analitik dan Teori Bidang Sel

Foton sedang melakukan

Dari mana datangnya radiasi UV dalam sel hidup? A. G. Gurvich dan rekan dalam eksperimen mereka mencatat spektrum reaksi redoks anorganik enzimatik dan sederhana. Untuk beberapa waktu, pertanyaan tentang sumber radiasi mitogenetik tetap terbuka. Tetapi pada tahun 1933, setelah publikasi hipotesis ahli fotokimia V. Frankenburger, situasi dengan asal foton intraseluler menjadi jelas. Frankenburger percaya bahwa sumber munculnya kuanta ultraviolet berenergi tinggi adalah tindakan langka rekombinasi radikal bebas yang terjadi selama proses kimia dan biokimia dan, karena kelangkaannya, tidak mempengaruhi keseimbangan energi reaksi secara keseluruhan.

Energi yang dilepaskan selama rekombinasi radikal diserap oleh molekul substrat dan dipancarkan dengan karakteristik spektrum molekul ini. Skema ini disempurnakan oleh N. N. Semyonov (pemenang Nobel masa depan) dan dalam bentuk ini dimasukkan dalam semua artikel dan monografi berikutnya tentang mitogenesis. Studi modern tentang chemiluminescence sistem kehidupan telah mengkonfirmasi kebenaran pandangan ini, yang diterima secara umum saat ini. Berikut ini hanya satu contoh: studi protein fluoresen.

Tentu saja, berbagai ikatan kimia diserap dalam protein, termasuk ikatan peptida - di ultraviolet tengah (paling intens - 190-220 nm). Tetapi untuk studi fluoresensi, asam amino aromatik, terutama triptofan, relevan. Ini memiliki penyerapan maksimum pada 280 nm, fenilalanin pada 254 nm, dan tirosin pada 274 nm. Menyerap kuanta ultraviolet, asam amino ini kemudian memancarkannya dalam bentuk radiasi sekunder - secara alami, dengan panjang gelombang yang lebih panjang, dengan karakteristik spektrum dari keadaan protein tertentu. Selain itu, jika setidaknya ada satu residu triptofan dalam protein, maka hanya itu yang akan berpendar - energi yang diserap oleh residu tirosin dan fenilalanin didistribusikan kembali ke sana. Spektrum fluoresensi residu triptofan sangat bergantung pada lingkungan - apakah residu tersebut, katakanlah, dekat permukaan globul atau di dalam, dll., dan spektrum ini bervariasi pada pita 310-340 nm.

A. G. Gurvich dan rekan kerjanya menunjukkan dalam percobaan model pada sintesis peptida bahwa proses rantai yang melibatkan foton dapat menyebabkan pembelahan (photodissociation) atau sintesis (fotosintesis). Reaksi fotodisosiasi disertai dengan radiasi, sedangkan proses fotosintesis tidak memancarkan.

Sekarang menjadi jelas mengapa semua sel memancarkan, tetapi selama mitosis - sangat kuat. Proses mitosis membutuhkan energi. Selain itu, jika dalam sel yang sedang tumbuh akumulasi dan pengeluaran energi berlangsung secara paralel dengan proses asimilasi, maka selama mitosis energi yang disimpan oleh sel dalam interfase hanya dikonsumsi. Ada disintegrasi struktur intraseluler yang kompleks (misalnya, cangkang nukleus) dan pembuatan reversibel yang memakan energi dari yang baru - misalnya, superkoil kromatin.

A. G. Gurvich dan rekan-rekannya juga melakukan pekerjaan pada pendaftaran radiasi mitogenetik menggunakan penghitung foton. Selain laboratorium Gurvich di Leningrad IEM, studi ini juga di Leningrad, di Phystech di bawah A. F. Ioffe, dipimpin oleh G. M. Frank, bersama dengan fisikawan Yu. B. Khariton dan S. F. Rodionov.

Di Barat, spesialis terkemuka seperti B. Raevsky dan R. Oduber terlibat dalam pendaftaran radiasi mitogenetik menggunakan tabung photomultiplier. Kita juga harus mengingat G. Barth, seorang mahasiswa fisikawan terkenal W. Gerlach (pendiri analisis spektral kuantitatif). Barth bekerja selama dua tahun di laboratorium A. G. Gurvich dan melanjutkan penelitiannya di Jerman. Dia menerima hasil positif yang dapat diandalkan bekerja dengan sumber biologis dan kimia, dan di samping itu, memberikan kontribusi penting pada metodologi untuk mendeteksi radiasi ultra-lemah. Barth melakukan kalibrasi sensitivitas awal dan pemilihan photomultiplier. Hari ini, prosedur ini wajib dan rutin untuk semua orang yang mengukur fluks bercahaya lemah. Namun, justru pengabaian ini dan beberapa persyaratan lain yang diperlukan tidak memungkinkan sejumlah peneliti pra-perang untuk mendapatkan hasil yang meyakinkan.

Hari ini, data yang mengesankan tentang pendaftaran radiasi superlemah dari sumber biologis telah diperoleh di Institut Internasional Biofisika (Jerman) di bawah kepemimpinan F. Popp. Namun, beberapa lawannya skeptis tentang karya-karya ini. Mereka cenderung percaya bahwa biofoton adalah produk sampingan metabolisme, sejenis kebisingan ringan yang tidak memiliki makna biologis. “Emisi cahaya adalah fenomena yang benar-benar alami dan terbukti dengan sendirinya yang menyertai banyak reaksi kimia,” tegas fisikawan Rainer Ulbrich dari Universitas Göttingen. Ahli biologi Gunther Rothe menilai situasi dengan cara berikut: “Biofoton ada tanpa keraguan - hari ini ini secara jelas dikonfirmasi oleh perangkat yang sangat sensitif yang tersedia untuk fisika modern. Adapun interpretasi Popp (kita berbicara tentang fakta bahwa kromosom diduga memancarkan foton koheren. - Catatan editor), ini adalah hipotesis yang indah, tetapi konfirmasi eksperimental yang diusulkan masih sepenuhnya tidak cukup untuk mengenali validitasnya. Di sisi lain, kita harus memperhitungkan bahwa sangat sulit untuk mendapatkan bukti dalam kasus ini, karena, pertama, intensitas radiasi foton ini sangat rendah, dan kedua, metode klasik untuk mendeteksi sinar laser yang digunakan dalam fisika adalah sulit diterapkan di sini.”

Di antara karya-karya biologi yang diterbitkan dari negara Anda, tidak ada yang lebih menarik perhatian dunia ilmiah selain karya Anda.

Dari surat dari Albrecht Bethe tertanggal 1930-08-01 kepada A. G. Gurvich

Ketidakseimbangan terkendali

Fenomena regulasi dalam protoplasma A. G. Gurvich mulai berspekulasi setelah eksperimen awalnya dalam sentrifugasi telur amfibi dan echinodermata yang telah dibuahi. Hampir 30 tahun kemudian, ketika memahami hasil eksperimen mitogenetik, topik ini mendapat dorongan baru. Gurvich yakin bahwa analisis struktural substrat material (satu set biomolekul) yang bereaksi terhadap pengaruh eksternal, terlepas dari keadaan fungsionalnya, tidak ada artinya. A. G. Gurvich merumuskan teori fisiologis protoplasma. Esensinya adalah bahwa sistem kehidupan memiliki peralatan molekuler khusus untuk penyimpanan energi, yang pada dasarnya tidak seimbang. Dalam bentuk umum, ini adalah fiksasi gagasan bahwa masuknya energi diperlukan untuk tubuh tidak hanya untuk pertumbuhan atau pekerjaan, tetapi terutama untuk mempertahankan keadaan yang kita sebut hidup.

Para peneliti menarik perhatian pada fakta bahwa ledakan radiasi mitogenetik perlu diamati ketika aliran energi dibatasi, yang mempertahankan tingkat metabolisme tertentu dari sistem kehidupan. (Dengan "membatasi aliran energi" harus dipahami penurunan aktivitas sistem enzimatik, penekanan berbagai proses transpor transmembran, penurunan tingkat sintesis dan konsumsi senyawa berenergi tinggi - yaitu, setiap proses yang memberi sel energi - misalnya, dengan pendinginan objek yang dapat dibalik atau dengan anestesi ringan.) Gurvich merumuskan konsep formasi molekul yang sangat labil dengan potensi energi yang meningkat, tidak ada keseimbangan di alam dan disatukan oleh fungsi umum. Dia menyebutnya konstelasi molekuler non-ekuilibrium (NMCs).

A. G. Gurvich percaya bahwa disintegrasi NMC, gangguan organisasi protoplasma, yang menyebabkan ledakan radiasi. Di sini ia memiliki banyak kesamaan dengan ide-ide A. Szent-Györgyi tentang migrasi energi di sepanjang tingkat energi umum kompleks protein. Gagasan serupa untuk memperkuat sifat radiasi "biofotonik" diungkapkan hari ini oleh F. Popp - ia menyebut daerah eksitasi yang bermigrasi "polariton". Dari sudut pandang fisika, tidak ada yang aneh di sini. (Mana dari struktur intraseluler yang diketahui saat ini yang cocok untuk peran NMC dalam teori Gurvich - kami akan menyerahkan latihan intelektual ini kepada pembaca.)

Juga telah ditunjukkan secara eksperimental bahwa radiasi juga terjadi ketika substrat secara mekanis dipengaruhi oleh sentrifugasi atau penerapan tegangan lemah. Ini memungkinkan untuk mengatakan bahwa NMC juga memiliki keteraturan spasial, yang terganggu baik oleh pengaruh mekanis maupun oleh pembatasan aliran energi.

Pada pandangan pertama, terlihat bahwa NMC, yang keberadaannya bergantung pada masuknya energi, sangat mirip dengan struktur disipatif yang muncul dalam sistem termodinamika yang tidak setimbang, yang ditemukan oleh peraih Nobel I. R. Prigogin. Namun, siapa pun yang telah mempelajari struktur seperti itu (misalnya, reaksi Belousov - Zhabotinsky) tahu betul bahwa mereka tidak direproduksi secara mutlak dari pengalaman ke pengalaman, meskipun karakter umum mereka dipertahankan. Selain itu, mereka sangat sensitif terhadap perubahan sekecil apa pun dalam parameter reaksi kimia dan kondisi eksternal. Semua ini berarti bahwa karena benda hidup juga merupakan formasi non-ekuilibrium, mereka tidak dapat mempertahankan stabilitas dinamis unik dari organisasi mereka hanya karena aliran energi. Faktor pemesanan tunggal dari sistem juga diperlukan. Faktor ini A. G. Gurvich menyebutnya sebagai bidang biologis.

Singkatnya, versi terakhir dari teori medan biologis (seluler) terlihat seperti ini. Bidang memiliki vektor, bukan gaya, karakter. (Ingat: medan gaya adalah wilayah ruang, di setiap titik di mana gaya tertentu bekerja pada benda uji yang ditempatkan di dalamnya; misalnya, medan elektromagnetik. Medan vektor adalah wilayah ruang, di setiap titik di mana vektor tertentu diberikan, misalnya, vektor kecepatan partikel dalam fluida yang bergerak.) Molekul yang berada dalam keadaan tereksitasi dan dengan demikian memiliki kelebihan energi jatuh di bawah aksi medan vektor. Mereka memperoleh orientasi baru, berubah bentuk atau bergerak di medan bukan karena energinya (yaitu, tidak dengan cara yang sama seperti yang terjadi dengan partikel bermuatan dalam medan elektromagnetik), tetapi menghabiskan energi potensial mereka sendiri. Sebagian besar energi ini diubah menjadi energi kinetik; ketika kelebihan energi dikeluarkan dan molekul kembali ke keadaan tidak tereksitasi, efek medan padanya berhenti. Akibatnya, pemesanan spatio-temporal terbentuk di bidang seluler - NMC terbentuk, ditandai dengan potensi energi yang meningkat.

Dalam bentuk yang disederhanakan, perbandingan berikut dapat memperjelas hal ini. Jika molekul yang bergerak di dalam sel adalah mobil, dan kelebihan energinya adalah bensin, maka medan biologis membentuk relief medan tempat mobil dikendarai. Mematuhi "relief", molekul dengan karakteristik energi yang sama membentuk NMC. Mereka, sebagaimana telah disebutkan, disatukan tidak hanya secara energetik, tetapi juga oleh fungsi yang sama, dan ada, pertama, karena aliran energi (mobil tidak dapat berjalan tanpa bensin), dan kedua, karena tindakan pemesanan medan biologis. (off-road mobil tidak akan lewat). Molekul individu terus-menerus masuk dan meninggalkan NMC, tetapi seluruh NMC tetap stabil sampai nilai aliran energi yang memberinya makan berubah. Dengan penurunan nilainya, NMC terurai, dan energi yang tersimpan di dalamnya dilepaskan.

Sekarang, bayangkan bahwa di area tertentu dari jaringan hidup, aliran energi telah berkurang: pembusukan NMC menjadi lebih intens, oleh karena itu, intensitas radiasi telah meningkat, yang sangat mengontrol mitosis. Tentu saja, radiasi mitogenetik terkait erat dengan medan - meskipun itu bukan bagian darinya! Seperti yang kita ingat, selama peluruhan (dissimilasi), kelebihan energi dipancarkan, yang tidak dimobilisasi dalam NMC dan tidak terlibat dalam proses sintesis; justru karena di sebagian besar sel proses asimilasi dan disimilasi terjadi secara bersamaan, meskipun dalam proporsi yang berbeda, sel-sel tersebut memiliki rezim mitogenetik yang khas. Sama halnya dengan aliran energi: medan tidak secara langsung mempengaruhi intensitasnya, tetapi, membentuk "relief" spasial, dapat secara efektif mengatur arah dan distribusinya.

A. G. Gurvich mengerjakan versi terakhir dari teori medan selama tahun-tahun perang yang sulit. "Teori bidang biologis" diterbitkan pada tahun 1944 (Moskow: Ilmu Pengetahuan Soviet) dan dalam edisi berikutnya dalam bahasa Prancis - pada tahun 1947. Teori bidang biologi seluler telah menimbulkan kritik dan kesalahpahaman bahkan di antara para pendukung konsep sebelumnya. Celaan utama mereka adalah bahwa Gurvich diduga meninggalkan gagasan keseluruhan, dan kembali ke prinsip interaksi elemen individu (yaitu, bidang sel individu), yang dia sendiri tolak. Dalam artikel "Konsep" keseluruhan "dalam terang teori medan seluler" (Koleksi "Bekerja pada mitogenesis dan teori medan biologis." Gurvich menunjukkan bahwa ini bukan masalahnya. Karena medan yang dihasilkan oleh sel individu melampaui batasnya, dan vektor medan dijumlahkan pada setiap titik dalam ruang sesuai dengan aturan penjumlahan geometris, konsep baru mendukung konsep medan "sebenarnya". Faktanya, ini adalah bidang integral dinamis dari semua sel organ (atau organisme), berubah dari waktu ke waktu dan memiliki sifat keseluruhan.

Sejak 1948, kegiatan ilmiah A. G. Gurvich dipaksa untuk berkonsentrasi terutama di bidang teoretis. Setelah sesi Agustus di Akademi Pertanian All-Union, ia tidak melihat kesempatan untuk terus bekerja di Institut Kedokteran Eksperimental dari Akademi Ilmu Kedokteran Rusia (direktur tempat ia bekerja sejak institut itu didirikan pada 1945) dan pada awal September melamar ke Presidium Akademi untuk pensiun. Pada tahun-tahun terakhir hidupnya, ia menulis banyak karya tentang berbagai aspek teori bidang biologi, biologi teoretis, dan metodologi penelitian biologi. Gurvich menganggap karya-karya ini sebagai bab dari satu buku, yang diterbitkan pada tahun 1991 dengan judul "Principles of Analytical Biology and Theory of Cell Fields" (Moskow: Nauka).

Eksistensi sistem kehidupan sebenarnya adalah masalah yang paling mendalam, dibandingkan dengan yang fungsinya tetap atau harus tetap berada dalam bayang-bayang.

A. G. Gurvich. Dasar histologis biologi. Jena, 1930 (dalam bahasa Jerman)

Empati tanpa pengertian

Karya-karya A. G. Gurvich tentang mitogenesis sebelum Perang Dunia II sangat populer baik di negara kita maupun di luar negeri. Di laboratorium Gurvich, proses karsinogenesis dipelajari secara aktif, khususnya, ditunjukkan bahwa darah pasien kanker, tidak seperti darah orang sehat, bukanlah sumber radiasi mitogenetik. Pada tahun 1940 A. G. Gurvich dianugerahi Hadiah Negara untuk karyanya pada studi mitogenetik dari masalah kanker. Konsep "bidang" Gurvich tidak pernah menikmati popularitas yang luas, meskipun mereka selalu membangkitkan minat. Tetapi minat pada pekerjaan dan laporannya ini sering kali tetap dangkal. A A. Lyubishchev, yang selalu menyebut dirinya mahasiswa A. G. Gurvich, menggambarkan sikap ini sebagai "simpati tanpa pengertian."

Di zaman kita, simpati telah digantikan oleh permusuhan. Sebuah kontribusi yang signifikan untuk mendiskreditkan ide-ide A. G. Gurvich diperkenalkan oleh beberapa calon pengikut yang menafsirkan pemikiran ilmuwan "menurut pemahaman mereka sendiri." Tetapi hal utama bahkan bukan itu. Ide-ide Gurvich berada di sela-sela jalan yang diambil oleh biologi "ortodoks". Setelah penemuan heliks ganda, perspektif baru dan memikat muncul di hadapan para peneliti. Rantai "gen - protein - tanda" tertarik oleh konkritnya, tampak mudah untuk mendapatkan hasil. Secara alami, biologi molekuler, genetika molekuler, biokimia menjadi arus utama, dan proses kontrol non-genetik dan non-enzimatik dalam sistem kehidupan secara bertahap didorong ke pinggiran sains, dan studi mereka mulai dianggap sebagai pekerjaan yang meragukan dan sembrono.

Untuk cabang biologi fisikokimia dan molekuler modern, pemahaman tentang integritas adalah asing, yang menurut A. G. Gurvich menganggap properti dasar makhluk hidup. Di sisi lain, pemotongan secara praktis disamakan dengan perolehan pengetahuan baru. Preferensi diberikan untuk penelitian di sisi kimia dari fenomena. Dalam studi kromatin, penekanannya dialihkan ke struktur utama DNA, dan di dalamnya mereka lebih suka melihat terutama gen. Meskipun ketidakseimbangan proses biologis secara formal diakui, tidak ada yang memberikan peran penting: sebagian besar pekerjaan ditujukan untuk membedakan antara "hitam" dan "putih", ada atau tidak adanya protein, aktivitas atau ketidakaktifan gen.. (Bukan tanpa alasan bahwa termodinamika di kalangan mahasiswa universitas biologi adalah salah satu cabang fisika yang paling tidak dicintai dan kurang dipahami.) Apa yang hilang dari kita dalam setengah abad setelah Gurvich, seberapa besar kerugiannya - jawabannya akan ditanyakan oleh masa depan ilmu pengetahuan.

Mungkin, biologi belum mengasimilasi gagasan tentang integritas fundamental dan ketidakseimbangan makhluk hidup, tentang prinsip keteraturan tunggal yang memastikan integritas ini. Dan mungkin ide-ide Gurvich masih ada di depan, dan sejarah mereka baru saja dimulai.

O. G. Gavrish, kandidat ilmu biologi