История биофизики (1113541), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Это был призыв ко всем физикам и математикам, интересующимся биологическими проблемами, и к биологам, не чуждым математики и физики, объединиться под знаменем этого термина.
Второй был французский физиолог и физик. Главный его научный интерес находился в области изучения воздействия переменных токов на биологические объекты. В медицине хорошо известен термин " д'арсонвализация" - лечение импульсным током высокой частоты (110-400 кГц и выше), высокого напряжения (десятки тысяч Вольт) и малой силы тока (100-200 мА). Д'арсонваль предложил и обосновал этот метод в 1891 г. В 1882 г. (еще за 10 лет до выхода в свет книги Пирсона) в Коллеж де Франс он организовал кафедру, которую назвал "кафедрой биофизики". Главной ее темой и было исследование воздействия переменных токов на биообъекты.
Таким образом, уже более 100 лет наша область науки носит название "биофизика". Однако с определением (что такое биофизика?) были проблемы. Но сначала - о рубрикации наук.
3. Соседи
Время меняет социальные формы и географические места событий, но человеческие мотивы и их эмоциональные проявления почти не меняются на протяжении столетий. Природа едина, а рубрикаторы наук всегда условны. Казалось бы, какая разница как делить единую науку на области знания и как их называть. Но на практике оказывается, что результат рубрикации влияет на развитие различных областей естествознания.
Здесь во все века не последняя роль принадлежала чиновникам, через которых шло финансирование науки. Нет такой науки в рубрикаторе - и нет финансирования, нет и поощрений (симпозиумов и конгрессов, премий и медалей, академиков и журналов, общественного интереса и грантов). Поэтому ближайшие соседи по рубрикатору всегда пытались удержать и расширить свои границы.
На одном поле биологии с разных сторон одновременно формировались две науки - биохимия и биофизика. Это потом уже произошло почкование каждой из них на многочисленных "родственников". Г.М. Франк, с именем которого связано развитие биофизики в 60-70-ых годах нашего столетия, давая определение биофизики накануне 4-го Международного биофизического съезда в Москве в 1972 г., писал:
"Биофизика не имеет присущего только ей объекта или предмета исследования, как например, микробиология (наука, изучающая микроорганизмы) или энтомология (раздел зоологии, изучающий насекомых). Эта наука, скорее, характерна только ей присущим физическим подходом к изучению широкого круга жизненных явлений... особенно тесна связь, скорее даже "взаимопроращивание", биофизики и биохимии. И если изображать графически взаимоотношения биохимии и биофизики, нельзя ни в коем случае рисовать черту раздела между ними. Это будут, скорее, широкие кривые "распределения компетентности" с максимумами, сдвинутыми по отношению друг к другу".
На "размытых границах компетентности" всегда есть повод посудачить - кто есть кто, и что он делает? Только конгрессы, на которых идет бескорыстный обмен знаниями, когда обсуждается все многообразие общих задач, когда обогащаются все стороны, а границы практически стираются, примиряют всех. Так было, так и будет. На биохимических конгрессах - обычно до 30 % биофизических докладов, так происходит и на биофизических, где приблизительно столько же участвует биохимиков.
Важно подчеркнуть и роль личности научного организатора. Если он ближе к физике, то неизбежно размытая граница дает крен в сторону биофизики. Так в РСФСР было в начале XX века, когда усилилось влияние на биологию школ П.П. Лазарева и А.Ф. Иоффе или в Германии во второй половине XIX века, когда был силен в биологии авторитет Г. Гельмгольца и его школы. Если же лидер ближе к химии, то граница смещается в сторону биохимии. Так было, например, в СССР в 70-80 годах, когда был велик административный авторитет Ю.А. Овчинникова.
Кроме того, в процессах дробления, идущих в самой науке, анализ превалирует над синтезом. Когда область науки формируется, - ее создают широко образованные дилетанты из других областей, а когда она дробится, то ее дробят и уничтожают профессионалы, знающие все о немногом. Этот процесс характерен для всех наук, особенно в XX веке. Многие высказывают опасения, что это ведет к потере целостности восприятия мира. Пример - высказывание известного биохимика Эдвина Чарграффа (1975г.):
"Излишняя дробность представления о природе, зачастую приводящая к ее полному исчезновению, делает мир похожим на Шалтая-Болтая, которого не удалось собрать: такой мир может стать еще более неуправляемым по мере того, как от континуума природы будут отламывать - "для более тщательного изучения" - кусочки все мельче и мельче... И чудесный, красочный ковер распускается по ниточкам: одну за другой нити вытаскивают, разрывают, изучают; в конце концов узор забывается и восстановить его невозможно".
Я думаю, что такое опасение преувеличено, потому дробление неизбежно и необходимо. Тем не менее классические постулаты биохимии группировались вокруг убеждения, что на некотором физико-химическом микроуровне мир прост и управляется фундаментальными законами, обратимыми во времени. Однако это упрощение оказалось чрезмерным. Можно конечно все живое свести к куче макромолекул и реакцией между ними, как и любое строение к куче кирпичей, но из одних и тех же кирпичей, как и макромолекул, можно построить соответственно завод или храм, монстра или человека. Лишь на уровне целого мы воспринимаем пространственно-временное готовое творение. Однако тут возникает проблема: поскольку живой организм в отличие от завода или храма строить некому, то мы должны, следовательно, приписать самим "кирпичам-молекулам" свойства, отвечающие одновременно и за план строительства и за сам процесс строительства, т.е. за самоорганизующийся процесс. В основе любой самоорганизации лежит необратимость (умение различать прошлое и будущее) и случайность. Ни генетика, ни молекулярная биология, а тем более биохимия, пока не могут ответить на вопрос - как на основе случайности возникает детерминированность - готовое здание? Уровень современной генетики - это уровень причинно-следственных отношений. "Такой-то ген коррелирует с таким фенотипическим признаком целого и не более того". Основное внимание обращается на номенклатуру кирпичей в куче. Это неизбежный и важный этап систематизации. Проблема в другом. Понимание процесса морфогенеза, в основе которого лежат кооперативные молекулярные явления, сегодня остается ключевой и междисциплинарной проблемой. Поэтому естественно ей уделяется значительное место и на биофизических, и на биохимических съездах. Она имеет место и на нашем съезде, потому что без биофизического подхода в ней разобраться невозможно.
4. Самоопределение
Определение любой области знания предполагает выделение границ ее компетентности в общей системе естествознания и создания ее образа для тех, кто этой наукой не занимается. Однако то, что очевидно, то весьма условно, не выдерживает проверки временем и в конечном счете неверно.
В свое время Французская Академия определила свою деятельность, сформулировав ее через ограничения. Она будет рассматривать любые факты, кроме "камней, падающих с неба, и вечного двигателя". В первом она ошиблась, метеориты оказались не мифом, а реальностью. Определение пришлось пересмотреть.
В 1961 году был создан Международный союз чистой и прикладной биофизики (IUPAB), и началась эра периодических Международных биофизических конгрессов. На первых порах на заседаниях Исполкомов IUPAB были бесплодные дискуссии на тему: "Что такое биофизика?" Каждый из исследователей, входящий в Исполком, хотел, чтобы та область знания, которой он занимается, нашла отражение в общем определении, а Исполком и Президент менялись раз в 3 года, поэтому это было достаточно бессмысленное занятие. Единогласно было принято только одно решение:
"Биофизика делится на три части - молекулярная биофизика, биофизика клетки и биофизика сложных систем". Этот рубрикатор и был положен в основу биофизики, в том числе и журналов. Но и такая внутренняя рубрикация биофизики небезукоризненна, т.к. в биологии трудно найти простые системы. Но разделение биофизики на эти три рубрики, структурируя потоки информации, прижилось и существует уже более 30 лет, и это хорошо. Это лучше, чем споры, в которых рождалась не истина, а гипертония. Тем не менее многие любители пофилософствовать продолжали настаивать на дискуссиях. Порою доходило до комических ситуаций.
Только два примера. В 1966 г. на 2-ом Международном биофизическом конгрессе в Вене Арон Качальский (замечательный ученый и остроумный человек), которому надоели эти дискуссии, будучи президентом IUPAB (1963-1966) в своей вступительной речи сказал: "На вопрос - что такое биофизика? Я отвечу: она как моя жена. Я ее люблю, чувствую, но не могу определить". На заседании одного из Исполкомов IUPAB (Швейцария, 1983 г.) при формировании программы 8-го съезда в Бристоле опять возникла дискуссия. Поводом для дискуссии всегда было распределение количества пленарных докладов от разных стран. Пленарные докладчики оплачивались из средств IUPAB, поэтому был соблазн "потянуть одеяло на себя" - бесплатно отправить на съезд своих учеников, - доказывая, что другой предлагаемый докладчик занимается не биофизикой. С целью погасить назревающий конфликт я заметил: "Биофизика это область знаний, которые получают в научно-исследовательских организациях, носящих аналогичное название и печатают в журналах с этим же названием". Это определение живет и по сей день. Я далек от мысли, что оно удачное. Подобные определения можно издать под рубрикой "Биофизики еще шутят".
Если говорить серьезно, то существовало определение биофизики длинное и плохо запоминающееся. По сути это была калька со структуры научно-исследовательских планов ведущих биофизических центров на конец 70-ых годов, например, Института биологической физики АН СССР в Пущино. Оно было дано 17 лет назад в период проведения 1-го Всероссийского (тогда Всесоюзного) съезда биофизиков для опубликования в решениях съезда. Это определение содержало все ключевые слова такие как функциональные явления, уровни организации, методы и аппаратура, воздействия физических факторов и т.п. (все они содержатся в программе и этого съезда биофизиков), но главный аккорд был в заключительной фразе, столь необходимой тогда Отделу науки ЦК КПСС: "Результаты биофизических исследований вносят значительный вклад в развитие медицины, сельского хозяйства, техники, а также в решение конкретных экологических задач, имеющих значение для охраны окружающей среды. Практические разработки , выполненные советскими биофизиками вносят вклад в повышение экономического потенциала страны по реализации решений XXVI съезда КПСС и майского (1982г.) Пленума ЦК КПСС."
Трудно поверить, но это было так. Тогда биофизику курировал Я.И. Ажипа - инструктор ЦК КПСС, который к юмору относился враждебно, своим местом дорожил и "фривольности" не позволял. Как Отдел науки ЦК КПСС руководил биофизикой - это тоже наша история. Для молодежи она уже непонятна. Рассказ о ней требует длительных разъяснений и нецелесообразен.
Тем не менее можно дать определение биофизики, краткое и образное: "Всякое познание начинается с интуиции и чувств, а полет фантазии ограничивается экспериментом" (это не моя мысль, а Леонардо да Винчи). Теперь - моя: Сложите несколько сотен таких исследователей, знакомых с биологией, физикой, математикой и техникой, и вы получите образ науки, которая занимается "запутанными и плохо пока сформулированными проблемами биологии. Это и есть биофизика".
5. Закономерности и случайности
Скуп язык словарей и энциклопедий. Когда уходят из жизни очевидцы исторических событий, то некогда яркие краски кипящих страстей тускнеют. Одни из участников этих событий волею случая превращаются в припудренные иконы, имена других порою незаслуженно отправляются пылиться в исторические запасники. А сама канва отредактированных повествований становится похожей на истину так же, как телеграфный столб похож на зеленую сосну, из которой он изготовлен.
Любопытна ситуация, приведшая к созданию и становлению отечественной биофизики. Много ли мы знаем о характере личности, о человеческих чертах ученых? В своем повествовании я ограничусь ролью лишь двух знаковых отечественных фигур: Петра Петровича Лазарева (1878-1942) и Глеба Михайловича Франка (1904-1976).
Осенью 1977 г. рассерженный академик В.В. Шулейкин пришел к А.А. Баеву, тогда академику-секретарю нашего Отделения, с претензиями, что приближается 100-летний юбилей П.П. Лазарева, а Отделение, имеющее в названии и слово "биофизика", не проявляет к нему никого интереса. Почему В.В. Шулейкйн проявил активность в связи с юбилеем П.П. Лазарева? В.В. Шулейкйн был сотрудником первого Биофизического института, созданного П.П. Лазаревым. По инициативе В.В. Шулейкина и при поддержке П.П. Лазарева при этом Институте была основана в Кацивелли (на Южном берегу теперь уже не российского Крыма) морская станция, которой руководил В.В. Шулейкйн, где он сделал ряд работ по физике и биофизике моря. Были получены ответы на многие вопросы, которые имели в том числе и существенное значение для создания новых образцов военно-морской техники, например, сверхскоростных сторожевых катеров на подводных крыльях. Перечень этих вопросов был обширен: почему некоторые рыбы, например, дельфины, могут развивать большую скорость при низких энергетических затратах; как осуществляется движение летучих рыб; почему движение стай птиц или косяков рыб выгоднее, чем движение одиночной особи; как и почему морские животные чувствуют задолго до начала шторма его приближение и уходят на глубину, чтобы не разбиться о прибрежные камни и т.п.? В сборнике, посвященном 135-летию Московского общества испытателей природы под названием "Сборник статей по истории биофизики СССР. М. МОТП, 1940.", П.П. Лазарев всячески рекламировал работы тогда еще сравнительно молодого Шулейкина (1895-1979), и посвятил им несколько страниц. Естественно В.В. Шулейкин как благодарный ученик взял на себя хлопоты с организацией юбилея П.П. Лазарева. А.А. Баев от биофизиков нашего Отделения поручил мне подготовку этого юбилея и доклада на тему "Роль П.П. Лазарева в становлении в отечественной биофизики". Что мне удалось выяснить в процессе подготовки этого доклада, чтения трудов П.П. Лазарева, общения с В.В. Шулейкиным и особенно с профессором Я.Л. Шехтманом, который долгие годы работал с П.П. Лазаревым, а затем работал в нашем институте в Пущино.
П.П. Лазарев был избран академиком в 1917 г. Показательно, что в связи с его разносторонней деятельностью рекомендацию в академики ему давали физиолог И.П. Павлов, математик и механик А.Н. Крылов, математик В.В. Стеклов, минеролог и геохимик В.И. Вернадский и химик Н.С. Курнаков. На первом месте его научных заслуг стояла разработка "ионной теории возбуждения" (1910). Однако вся эта теория оказалась неверной и представляет лишь исторический интерес. Тогда еще не было должного понимания сигнальных веществ и не осознавалось, что малые причины в нелинейных гетерогенных системах могут приводить к большим последствиям, и главное здесь не величины концентраций, а наличие рецепторов-мишеней с большими коэффициентами усиления эффектов. Кстати, один из учеников Лазарева, впоследствии крупный физик и президент Академии наук, С.И. Вавилов показал, что в условиях темновой адаптации наш глаз может зарегистрировать один фотон (фантастическая чувствительность!). Второе, что отмечалось как достижение Лазарева, - это его исследования в области фотохимии. По этому поводу у меня также есть скепсис. Затянувшаяся его дискуссия с К.А. Тимирязевым, порою весьма резкая с стороны последнего, на тему - что важнее для биофотоэффектов - яркость источника света (число фотонов n), на чем настаивал Лазарев, или цвет источника (частота излучений v), что утверждал Тимирязев, была довольно бессмысленной. Спор разрешился в 1905 г. А. Эйнштейном в пользу обоих исследователей, когда он записал уравнение фотоэффекта и перемножил эти две величины nhv (где h- постоянная Планка). Еще в 1887 г. Генрих Герц, заметил, что проскакивание искры между цинковыми шариками разрядника значительно облегчается, если один из них осветить ультрафиолетом. Год спустя А.Г. Столетовым был сформулирован закон: скорость фотоэлектронов, выбиваемых светом, растет с увеличением частоты падающего света, а число фотоэлектронов пропорционально его интенсивности. Так что зря они "ломали копья". Таким образом и в эту область вклад П.П. Лазарева весьма скромен.
Картографирование под руководством П.П. Лазарева Курской магнитной аномалии (1918), которому впоследствии было отведено особое место как крупному достижению геофизической науки в период становления Советской власти, с моей точки зрения, - чисто техническая работа. Проведение ее было вынужденным и основанным на изоляции России от остального мира в результате Великой Октябрьской социалистической революции или, как теперь чаще ее называют "большевистского переворота 1917г.". До революции работа на магнитно-аномальной территории Курской и Орловской губерний уже была проведена под руководством профессора Московского университета Э.Е. Лейста. Документация оказалась в Германии (где Лейст в 1918 г. умер), и за нее запросили гигантскую по тем временам сумму (5 млн. золотых рублей). Лазарев взялся повторить эту работу. Так, что он был не первым, хотя при выполнении этой работы проявился его незаурядный организаторский талант. Кроме того эта работа не имеет отношения к биофизике. Тем не менее есть две биофизические работы, выполненные под руководством П.П. Лазарева, которые представляются мне интересными. Они имели и будут иметь продолжение. Первая касается изучения адаптации органов чувств, в частности, глаза. П.П. Лазарев и его ученики отметили в экспериментах неодинаковую чувствительность органов чувств, зависящую от возраста, в разное время. Показано возрастное изменение чувствительности глаза человека в условиях темновой адаптации. Но главное они обнаружили закономерные стохастические флуктуации. П.П. Лазарев потратил, как видно из опубликованных работ, не одно десятилетие для того, чтобы установить, что наблюдаемые флуктуации не являются результатом ошибок. Усредняя быстрые флуктуации, он обнаружил относительно медленные колебания. Он был первым, кто установил правильную суточную периодичность релаксационного характера рецепторной системы человека (циркадные ритмы). Кроме того, была обнаружена периодичность с характерными временами порядка месяцев, сезонов и лет. Эта работа цитируется и на нее обращено особое внимание в связи с проблемой старения и "биологических часов", с влиянием на точность их хода как внутренних генетических, так и внешних физических факторов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
