10492 (646553), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Эти аспекты не имеют прямого отношения к открытым биохимическим системам, которые всегда находятся в движении – даже если в них поддерживается стационарное состояние, оно обеспечивается непрерывным синтезом и распадом отдельных компонентов. Точно так же нет оснований думать, что биохимические "датчики" лучше отвечают на осциллирующий сигнал, чем на постоянный. Однако имеются все основания считать, что в замкнутых цепях с репрессией, включающих ДНК, РНК, белок и метаболиты, могут возникнуть колебания. В такой системе любое изменение скорости синтеза m-РНК в генетическом локусе окажет влияние на состояние метаболической системы с некоторой задержкой во времени. Это вызывается тем, что существует длинная цепь – синтез m-РНК, диффузия m-РНК к месту синтеза белка, синтез фермента, возможная диффузия фермента к месту метаболической активности и, наконец, ферментативная реакция, – и каждая стадия этой цепи требует некоторого времени. Поэтому повышение концентрации репрессора, играющего роль обратного сигнала из метаболической системы в генетический локус, будет уменьшать скорость синтеза m-РНК с некоторым опозданием. При переходе из одного состояния в другое в такой системе обязательно возникнут колебания. Но эти колебания будут затухающими, если временная задержка между синтезом m-РНК и метаболическим сигналом обратной связи достаточна мала или если в системе имеет место "самодемпфирование". Может оказаться, что такие колебания являются помехой для адаптации и выживания, и тогда они могут быть подавлены теми же способами, какие используют инженеры для борьбы с паразитными колебаниями.

Однако имеются факты, показывающие, что в динамической организации клетки заложена некая фундаментальная периодичность. Эти факты накоплены в результате исследования ритмической деятельности клеток и организмов. В этой чрезвычайно быстро развивающейся в последние годы области были получены очень интересные и имеющие фундаментальное значение данные о природе и повсеместном распространении биологических часов. Наиболее активным сторонником представлений о колебательной природе временной организации биологических систем является Питтендрай. Недавно он высказал предположение, что первичные колебания, лежащие в основе этой организации, возникают из-за наличия обратных связей в системах, регулирующих физиологическую активность: "Дарвиновский демон, несомненно, имеет дело со множеством физиологических колебательных процессов, поскольку во всех системах управления – от регулирования ритма сердечных сокращений до синтеза белка – существенным элементом является отрицательная обратная связь. А такие системы обладают врожденной способностью совершать колебания". Еще раньше подобные представления развивались Гастингсом и Суини; А. Львов и М. Львов проанализировали возможность тесной связи между процессами регулирования с обратной связью и ритмическими, или периодическими, явлениями в биологических системах на разных уровнях организации, обратив особое внимание на мышечное сокращение. В этих работах заложены основы будущей теории динамики биологических регуляторных процессов – теории, основные постулаты которой должны быть справедливы в весьма широкой области биологических проблем, от биофизических до демографических, и даже в близко примыкающих к биологии областях, например в экономике.

Создание биологической "статистической механики" и "термодинамики" на основе кинетики периодических регуляторных систем было бы большим достижением теоретической и экспериментальной биологии. Исследование динамических систем, основанное на изучении периодических процессов, так же старо, как сама наука. Оно началось с наблюдений циклических движений небесных тел. Естественно, что математика разработала метод, соответствующий требованиям естественных наук, и теперь "гармонический анализ" занимает важнейшее место в высшей математике. Вообще человеческий ум устроен, по-видимому, таким образом, что он стремится представить все процессы в мире циклическими, как это делали создатели первых космогонических систем; другими словами, человек предпочитает описывать явления с помощью циклов.

Как бы то ни было, существование периодических явлений в динамике сложных систем имеет огромное значение для изучения этих систем. В частности, это было показано Пуанкаре в его исследованиях по небесной механике: "Эти столь драгоценные периодические решения, так сказать, пробили брешь, позволяющую наконец проникнуть в область, до сих пор считавшуюся недоступной". Периодические решения могут обеспечить доступ и в общую динамику клеточных процессов – область науки, до сих пор также почти неприступную. Интересно отметить, что экологические работы Вольтерра тоже имеют своей основой аналитическое исследование колебательных систем. Эти работы имели своей целью объяснить одно из наиболее ярких свойств экологических систем – колебания численности популяций. Вряд ли найдутся специалисты по экологии, которые станут вслед за Вольтерра приписывать взаимодействиям между хищником и жертвой решающую роль в общей экологической регуляции. В настоящее время гораздо большее значение приписывается наличию доступных источников пищи и физиологической регуляции воспроизведения и миграции. Такой подход гораздо ближе к представлениям о регуляции, основанным на принципе обратной связи.

Тем не менее, математическая процедура многим обязана методологии Вольтерра и Пуанкаре, а также более поздним исследованиям в этой области, в особенности очень интересным работам Кернера по статистической механике систем Вольтерра. Периодические явления очень удобны для экспериментального и теоретического изучения, так как позволяют опираться на классические, хорошо разработанные методы наблюдения и анализа.

Характеристики

Список файлов реферата