Работаю
Я - биолог. Мне интересны искусственные организмы, в особенности - архитектурный потенциал модифицированных форм растений и придание живым организмам несвойственных им свойств (растениям - движения и свечения; животным - разных нехарактерных для них свойств). Данная область находится практически в зачаточном состоянии (во многом потому что непонятно что такое "организм", и с какой стороны к нему подойти), так что пока у меня нет работ где были бы перечислены некие приложения или практические достижения. Но мне это интересно.
Пока разрабатываю теоретическую базу, которая по идее может послужить для достижения целей перечисленных выше.
Обычная разработка научного поля представляет собой вспахивание вширь и вглубь. В моем случе работы выстроены немного по-другому: каждая последующая работа является индуктивным обобщением (качественным расширением) предыдущей; можно сказать - переходом на новый уровень сложности. Причина по которой они выстроены таким образом - в слишком большой оторванности наиболее общей теоретической базы -общей теории развития- от современных представлений об устройстве и функционировании биологических организмов. Мне хотелось сперва показать на примерах "как работает" теория развития и "какие результаты она может дать" и лишь затем привести сами довольно широкие теоретические выкладки, и еще раз объяснить их на примерах (других).
Основной метод, который в настоящее время мы с соавторами используем в работе - сравнительная функциональная архитектоника, также известный как типологический метод. Если очень сжато, его суть заключается в анализе гомологов явлений, этих каскадов, в разных контекстах живых организмов и выводе из такого анализа функциональной значимости этого явления или молекулярного каскада в заданном организме или его контексте. Звучит как переливание из пустого в порожнее, но на самом деле это ближе к сравнению на контрасте. На таком сравнении можно делать предсказания и по крайней мере одно (довольно маленькое, но все же) уже подтвердилось.
Итак, от частного к общему, с небольшими пояснениями:
• 2017 - Вакуолярная конволюция: возможные механизмы и роль фосфатидилинозитол 3,5 бис-фосфата (в соавторстве с Noriyuki Hatsugai-самой)
Фосфатидилинозитол 3,5 бис-фосфат (PI(3,5)P2) - один из минорных фосфолипидов мембран эндосом клеток растений, животных и грибов (его можно обнаружить в лизосомах животных и в эндосомах прилегающих к центральной вакуоли у растений). Содержание этого липида в мембранах увеличивается при осмотическом стрессе, но еще и при движениях растительных устьиц, которое зависит от изменения морфологии вакуоли у этих клеток. Тем не менее, роль этого липида в изменении формы вакуоли -конволюции ("сморщивании", у растений) или фрагментации (у дрожжей)- не известна. Тут интересно отметить, что знакомый клеточный плазмолиз может происходить только в целой клетке: извлеченные вакуоли помещенные в растворы солей разной насыщенности практически не изменяют своей формы. Из анализа данных полученных на растениях, в дрожжах, и отчасти - в животных клетках, мы предложили схему того, как именно действует PI(3,5)P2: кажется, он структурирует мембрану вакуоли, создавая зоны "ребер жесткости", а с другой стороны - формируя ионный поток, вслед за которым выходит вода, что и вызывает сморщивание этой органеллы. Предложенную схему нельзя экспериментально полностью проследить (у нее много последовательных шагов), но вполне возможно экспериментально проверить следствия вытекающие из нее. Например, мы предсказали что PI(3,5)P2 должен уменьшать активность протон-калиевого транспортировщика из семейства NHX и такой эффект действительно был затем обнаружен (сначала в дрожжах, затем и в растениях).
Это - первая работа с применением метода сравнительной функциональной архитектоники, еще до того как сам подход был осознан.
• 2018 - Как растения поддерживают свою функциональную целостность? (в соавторстве с Noriyuki Hatsugai-самой)
Пожалуй, с этой работы начинаются попытки сравнения аналогий - отдаленно схожих проявлений. Очень сложно нащупать то целое, части которого имеются в наличии - это целое полностью метафизично; с ним можно работать, но его нужно представлять - пощупать его нельзя. Приходится окунаться в понимание - а что собственно такое растение? (с точки зрения нашей подвижной и морфологичной животности). Полученные отличия затем сравниваются с существующими представлениями о том что за процессы имеют место в растениях и что они такое. Получается что нет - растения не корректно рассматривать как разновидность неподвижных животных. Второе - практика работы крупными мазками, при этом приходится стараться распознавать то главное что составляет суть крупного мазка: одна неправильно выброшенная "мелочь" может, как Сусанин, увести далеко в заблуждения.
Пунктиром:
1) Рост растений полярен - у них есть противоположно-направленные точки роста. Как решается задача роста такого тянитолкая? Рассматривается, что известно о регуляции роста каждого из полюсов по отдельности. Рассматривается что известно о взаимодействиях между этими полюсами. Одним из механизмов такого взаимодействия являются распространяющиеся сигнальные реакции (если кто не знает - у растений есть распространяющиеся электрические реакции в ответ на разные воздействия; похоже на потенциалы действия животных).
2) Рассматриваются вопрос - могут ли эти распространяющиеся сигналы регулировать рост его (растения) частей? - похоже могут существовать два механизма: первый сигнализирует о массе/объеме части растительных органов - это может определяться простым количеством некоторого вещества, синтезированного в этом объеме, второй может передавать (в некоторых пределах) информацию о некоторой форме ("расположение" или "структура" частей). На вторую роль как раз могут пригодиться распространяющиеся сигналы.
3) Вот только распространяющимся сигналам в современной науке назначена довольно маленькая роль - сигнализаторов о всяких напастях, которые могут прикючиться с определенной частью растения. Типа нервных импульсов от рецепторов (ну или нервных импульсов к эффекторам). Там дальше - много исследований о том, как в отдаленных частях растения возникает устойчивость, если какой-то гусенничке пришло в голову укусить другой листочек того же растения. Вот только проблема - как в таком безликом нервном импульсе закодировать информацию о том, в чем именно заключается напасть, чтобы выдать адекватный ответ. Это - проблема и головная боль современной растительной физиологии: в отличии от животных, у растенй нет частотного кодирования (когда разные стимулы провоцируют генерацию импульсов с разной частотой) и вообще импульсы медленные и нет разных типов нервных волокон.
4) Мы предлгаем другое прочтение экспериментальных результатов: растение привычно ко своему окружению, а импульсы возникают при изменениях этого окружения. Они заставляют растение а) запаузить развитие, б) включить механизмы адаптации. Таким образом, если растение, например, постоянно тормошится, ему не нужно вырабатывать доп энергию на каждое такое воздействие - оно растет пока условия позволяют и более-менее постоянны. Если вдруг стало непривычно хорошо или плохо - растение паузится и на всякий случай включает механизмы адаптации.
5) Дальше - нырок в молекулярные механизмы такого действия растительных распространяющихся сигналов. Для реактивных форм кислорода постулируется способность выделять те участки растения, где возникает некая физиологическая потребность (см. ниже), а для распространяющейся кальциевой сигнализации - способность запускать ("оркестрировать") соответствующую реакцию развития. А сам тип реакции определяется контекстом в растении, куда приходят эти сигналы. (тут воспользовались аналогией: в колониях полипов активные формы кислорода участвуют в сигнализации о том где возникнет новый полип, "двигая" колонию в направлении где больше еды; в растениях это аналог возникновения нового "питающей структуры" - зеленых листьев. Интересно: в колониях полипов активные формы кислорода тоже существуют в виде распространяющихся сигналов).
6) Выводы и проверяемые следствия: а) специфичность ответа растений на внешние раздражители "вшита" в их организацию, которая эволюционировала в данной среде в течение долго времени, распространяющиеся сигналы позволяют растению "проявлять" отдельные аспекты этой приспособленности, б) растениям присущ некий "базальный уровень метаболизма", который может отличаться в зависимости от воздействий внейшней среды (кажется, достаточно разумно для прикрепленных организмов, которым энергетически невыгодно реагировать на каждый отдельный чих в окружающей среде), в) следует искать отличия между растениями в пропорциях их сигнализации активными формами кислорода и кальцием: между деревьями и более пластичными растениями, в "усиках" ожидается более высокая активность активных форм кислорода. К теме взаимного влияния полюсов развития у растений мы так и не вернулись:( Статья без картинков
• 2020 - Две роли кальциевой сигнализации ("zhzh-paper") (в соавторстве с Юлей Паниной, Алексеем Чернышевым, Георгием Любарским)
Первый опыт академического weightlifting-a. Идея этой статьи возникла в ходе работы над предыдущей, как обычно - из-за оставшихся обрезков материала (если мне память не изменяет - в размышлениях о возможной роли вакуолярной кальциевой сигнализации и связи эндосомальной кальциевой сигнализации со способностью клеток ползать). Это работа еще более крупными мазками и да - ныряние вслед за мелочами как раз разматывало такой клубок, что порою хотелось бросить эту работу на половине пути. Особенно когда оказывалось, что для подтверждения некоего положения следовало разобрать "еще один круг явлений" и соответствующую незнакомую область литературы. Большая часть времени "работы" над этим текстом - привыкание к и постепенное ковыряние вот таким образом навалившегося счастья.
В тексте нигде об этом прямо не сказано, но по сути в нем предлагается теория кальциевой сигнализации. Сама статья - одно большое предсказание - о том что саморегуляция кальциевой сигнализации играет первостепенную роль в саморегулировке становления многоклеточных организмов, в их регенерации, а в случае животных - и в возникновении рака. Кальциевая сигнализация, таким образом, постулируется как единый механизм используемый многоклеточными организмами для развития в зависимости от факторов внешней среды и вокруг остова определяемом генами. Причем этот механизм саморегуляции постулируется для представителей всех царств, несмотря на разницу в тех молекулярных механизмах, которые в этих разных организмах обеспечивают кальциевую сигнализацию. Такое представление очень сильно расширяет роль которую в данный момент приписывают кальциевой сигнализации, а именно - в качестве "переводчика" между разными типами сигналов извне и внутриклеточными исполнительными механизмами. Постулируемая роль не сводится также к так называемому "индуцируемом кальцием высвобождению кальция" - механизму при помощи которого происходит сокращение мышечных клеток (несмотря на кальций-зависимый характер этого процесса). Для представления масштабов: речь идет о явлениях регуляции уровня тех генетических механизмов, что сохранены в ходе эволюции как растениями так и животными (время разделения этих ветвей - порядка миллиарда лет назад), но в отличие от этих механизмов - не генетические и потому не выявляемы современными методами биоинформатики и сравнительной геномики.
Важной частью письма стало вовлечение следствий в исходные положения, которые рассматривались в свете следствий, и т.д. - итеративно, через "сенситизацию" к подтверждающим фактам, когда становится понятно где их следует искать.
Очень кратко о статье:
1) Начинаем рассмотрение темы с анализа базального уровня кальция. Современное понимане - содержание кальция в цитоплазме очень низко, это - фон, на котором в виде вспышки возникает кальциевая сигнализация. Предложенная альтернативная трактовка - распределение кальция в клетке очень гетерогенно, его уровень зависит скорее от стадии на которой находится клетка и тех процессов которые в ней происходят, кальций - связующее звено между разными внутриклеточными процессами.
2) Выделение функциональных блоков из сравнения животных и растений. Животные клетки - движутся, ползают. Растительные клетки лишены такой способности. Миграция и хемотаксис, таким образом - один функциональный блок по которому растения отличаются от животных. Второй функциональный блок - общий для растений и животных: основанный на пролиферации-киэсценции. Миграция и хемотаксис органично включаются в выделенный блок, рассматривается молекулярная подоплека организации этого блока. Кажется, важной причиной отсутствия способности к движению в растительных клетках - крупная и единая центральная вакуоль (привет из предыдущей статьи). Смотрим какие каналы есть в вакуоли и в аналогичных органеллах у животных, анализируем их свойства, и из этого сравнения приходим к выводам об их роли.
3) Второй функциональный блок - макроявления вокруг клеточной пролиферации (stem cell state, собственно деление, киэсценция-пауза клеточного цикла, апоптоз и дифференциация). Очень грубо - у животных все эти процессы непосредственно регулируются кальциевой сигнализацией, у растений, по крайней мере клеточное деление - модулируется кальцием. Разбираются причины по которым все эти явления ("программы") являются частью данного функционального блока. Исследуется как это согласуется с типом кальциевой сигнализации присущей каждому типу организмов: у растений - распространяющиеся "волны", у животных - "разворачивающаяся", "ступенчатая" сигнализация, которая изменяется с каждым последующим шагом становления-развития.
4) Собственно анализ того как может возникать и действовать кальциевая сигнализация в многоклеточном окружении. Выделение "трех сил", определяющих развитие через становление кальциевой сигнализации: а) механические воздействия, б) химические воздействия, в) биоэлектрические воздействия. Попытка выделить в чистом виде эффект каждой из этих сил уткнется в "шум": постулируется, что через их совместное воздействие получается организм таким как получается, все это привязывается к так называемым epithelial-mesenchymal transition и mesenchymal-epithelial transition, как стадии более общего процесса - возникновения критических фаз развития. Предлагается также общий механизм становления кальциевой сигнализации - с развитием идет "сужение"-специализация кальциевой сигнализации: начало развития начинается с общего увеличения концентрации этого иона в клетке, запуская деление; по мере дифференциации источники увеличения концентрации кальция становятся все уже (так, по-видимому, происходит калибровка органов чувств); одновременно или чуть позже - сами кальциевые-транспортеры начинают играть важную роль в кальциевой сигнализации, придавая специфичность безликим кальциевым сигналам. Таким образом, сигналы кальция не только создаются, но и одновременно служат обратной связью о кальций-регулируемых процессах развития.
5) Рассматриваются рак и регенерация в качестве кальций-регулируемых тканевых процессов. Рак - результат чрезмерного клеточного деления (активируется повышенным содержанием кальция в цитоплазме) и также - неправильной работы или стыковки молекулярных машин кальциевой сигнализации, что вызывает нарушения в функциональном блоке основанном на делении-киэсценции. Регенерация - нарушение поля образуемого "тремя силами", способствующих созданию формы.
6) Совсем по верхам - вторая, "классическая" роль кальциевой сигнализации в свете предложенной полной концепции. Рассмотрение по сути сводится к введению становления этой роли - каким образом организм придает своей кальциевой сигнализации те именно параметры, которые нужны для передачи информации от внешних стимулов внутренним молекулярным эффекторам, "калибровка и притирка". Просто выделяются два крупных явления: а) orchestrating-to-triggering role transition (как раз выработка параметров кальциевой сигнализации в зависимости от внешних сигналов) и б) orchestrating-triggering coupling - способность организма изменять эти параметры в зависимости от изменений внешних сигналов (например - увеличение или снижение мышечной массы в зависимости от нагрузки). Совсем мимоходом - пластичность и устойчивость кальциевой сигнализации. Как показано в выводах - у животных все устроено достаточно жестко; нарушения в кальциевой сигнализации критичны для нормального развития организма.
7) Выводы. Самое главное - кальциевая сигнализация у растений и у животных по-видимому играет одну и ту же организующую роль в регуляции развития, несмотря на различия в тех механизмах при помощи которой она возникает; чтобы эту схожесть увидеть от этих механизмов приходится абстрагироваться. У животных относительная устойчивость формы является следствием "развертывающейся во времени" кальциевой сигнализации (важна "историчность"; тут идут следствия медицинского характера). Растениям распространяющаяся кальциевая сигнализация позволяет иметь ветвящуюся форму без жестких ограничений на размеры и форму. "Наличие отсутствия" - важный признак, надо только уметь с ним работать.
• 2023 - Реконструкция эмергентных биологических явлений с помощью сравнительной функциональной архитектоники ("kitty-paper") (в соавторстве с Георгием Любарским)
Эта работа - попытка формализации метода сравнительной функциональной архитектоники. Идея этой статьи возникла в ходе работы над предыдущей и, если мне память не изменяет - в результате чтения книги "Происхождение иерархии: история таксономического ранга" Г.Ю. Любарского (за подсказку которой я ему премного благодарен). Впрочем, принимаясь за работу у меня были лишь очень смутные представления о том как она должна выглядеть и о чем она вообще должна быть. Как она приобретала свой облик - мне не до конца ясно. Во всяком случае, обозреть эту статью мне удалось лишь при написании вводного раздела "Об организации данной работы" (спасибо Гоше Адамейко за совет сделать краткое резюме, хотя кажется та итоговая страница текста - совсем не то, что он имел в виду; однако без нее добрая часть читателей, я уверен, была бы выкошена плотной и нудной исторической частью). Наполнение подбиралось исключительно исходя из внутреннего чувства веса приводимых положений; насколько это чутье соответствует "чувству доказанности" у коллег - мне не известно.
Если все же браться перечислять, о чем именно эта статья, то наверно можно предложить ранее составленный список. Итак, мы:
1) Показали и обосновали стратегию того, как именно, в случае биообъектов следует реконструировать "эмергентные" (сложные) явления - при помощи сравнения реализации этих явлений в разных организмах. Показали, что для достижения этой цели сравнения должны производиться между наиболее отдаленными представителями в которых может наблюдаться такие аналогичные явления. Данная стратегия отличается от других современных попыток реконструкций тем, что она изоморфна процессу усложения, а не движется в противоположном направлении (как это происходит в случае привлечения редукционистких подходов).
2) Использовали в качестве отправной точки и источника вдохновения цитату bbzhukov в жж ivanov-petrov.
3) Предложили области применения для редукционистких и антиредукционистких исследовательских подходов в биологии.
4) Предложили новую организацию и представление знаний и эмергентных феноменов на основе архетипа и гомологий, причем,
5) для этого пришлось разгрести понятие гомологии и ввести два их типа.
6) Объяснили почему современная наука топчется на месте с проблемой реконструкции эмергентных биоявлений (с проблемой сложности). для этого пришлось проанализировать с чем собственно работает современная бионаука - каковы свойства современного биологического объекста (для этого пришлось обозреть историю становления современного биологического объекта - 20 страниц скучного текста из примерно 80 страниц непосредственно посвященных разбору темы).
7) Предложили возможность существования биохимического разнообразия неклеточного уровня (современная биология следует "животной парадигме" - функции организма есть производная от количества типа разных клеток; для этого даже атласы есть. Мы вводим другую категорию, по крайней мере для растительных клеток и плакозоев, характеризующихся малым числом типов клеток - у них наибольшее разнообразие, видимо, приходится на субклеточный уровень - один и тот же тип клеток может по-разному вести себя в разных условиях).
8) Объяснили Вигнеровскую непостижимую эффективность математики в естественных науках.
9) Поставили вопрос о границах экспериментального метода в биологии (точнее - о соотношении теории и эксперимента в биологических исследованиях).
11) Показали ограниченность описания биообъектов в терминах scale free networks.
12) Показали в чем заключается умность ИИ, как связаны его способности с возможностью решения задач реконструкции эмергентного уровня, и предположили что квантовые компьютеры могли бы способствовать решению этой задачи ввиду изоморфности принципа своего действия архетипу.
13) Написали методологическую статью по биологии ни разу не обратившись к "научному методу".
14) Много котиков, разбавленных одним единорогом.
Пока работы складываются вот в такую структуру (иллюстрация из статьи выше):
Последняя намеченная работа из серии - Общая теория развития. Надо сказать, что последние три работы, ввиду своей обширности, способствуют взаимной утряске. Поэтому эти тексты до сих пор в работе.
Еще я перевожу:
- поучаствовал в переводе книги "Штрих. Теория письма" Геррита Ноордзея, изданной в 2013 году в издательстве Дмитрия Аронова. Не учел, однако, что в данном проекте во главе угла стояла достоверность перевода а не точность передачи смысла. Тем не менее, благодарность мне (Вадиму Перецу, гг) была вынесена
(хотя из моего перевода там практически ничего не было взято)
- "Электричество в живых организмах" М.Б. Беркинблита и Е.Г. Глаголевой (на испанский + отрисовка иллюстраций. Обложка долго рисуется дорисована)
- "Происхождение иерархии: история таксономического ранга" Г.Ю. Любарского - в процессе (уже выложены Предисловие, Глава 1, Глава 2)
- По физике - о концепции дискретного пространства Михаила Дулина (доклад - на английском, критика книги Ровелли - на испанском)
Ничего из вышеперечисленного не было бы возможным, если бы не существовал ЖЖ как площадка. Ему - отдельная благодарность.
upd. 19.01.2021
upd. 15.05.2022
upd. 27.05.2023
upd. 13.08.2023
upd. 14.08.2023
upd. 01.01.2024
upd. 03.01.2024 - добавлены авторы и благодарность жж
upd. 23.03.2024
Пока разрабатываю теоретическую базу, которая по идее может послужить для достижения целей перечисленных выше.
Обычная разработка научного поля представляет собой вспахивание вширь и вглубь. В моем случе работы выстроены немного по-другому: каждая последующая работа является индуктивным обобщением (качественным расширением) предыдущей; можно сказать - переходом на новый уровень сложности. Причина по которой они выстроены таким образом - в слишком большой оторванности наиболее общей теоретической базы -общей теории развития- от современных представлений об устройстве и функционировании биологических организмов. Мне хотелось сперва показать на примерах "как работает" теория развития и "какие результаты она может дать" и лишь затем привести сами довольно широкие теоретические выкладки, и еще раз объяснить их на примерах (других).
Основной метод, который в настоящее время мы с соавторами используем в работе - сравнительная функциональная архитектоника, также известный как типологический метод. Если очень сжато, его суть заключается в анализе гомологов явлений, этих каскадов, в разных контекстах живых организмов и выводе из такого анализа функциональной значимости этого явления или молекулярного каскада в заданном организме или его контексте. Звучит как переливание из пустого в порожнее, но на самом деле это ближе к сравнению на контрасте. На таком сравнении можно делать предсказания и по крайней мере одно (довольно маленькое, но все же) уже подтвердилось.
Итак, от частного к общему, с небольшими пояснениями:
• 2017 - Вакуолярная конволюция: возможные механизмы и роль фосфатидилинозитол 3,5 бис-фосфата (в соавторстве с Noriyuki Hatsugai-самой)
Фосфатидилинозитол 3,5 бис-фосфат (PI(3,5)P2) - один из минорных фосфолипидов мембран эндосом клеток растений, животных и грибов (его можно обнаружить в лизосомах животных и в эндосомах прилегающих к центральной вакуоли у растений). Содержание этого липида в мембранах увеличивается при осмотическом стрессе, но еще и при движениях растительных устьиц, которое зависит от изменения морфологии вакуоли у этих клеток. Тем не менее, роль этого липида в изменении формы вакуоли -конволюции ("сморщивании", у растений) или фрагментации (у дрожжей)- не известна. Тут интересно отметить, что знакомый клеточный плазмолиз может происходить только в целой клетке: извлеченные вакуоли помещенные в растворы солей разной насыщенности практически не изменяют своей формы. Из анализа данных полученных на растениях, в дрожжах, и отчасти - в животных клетках, мы предложили схему того, как именно действует PI(3,5)P2: кажется, он структурирует мембрану вакуоли, создавая зоны "ребер жесткости", а с другой стороны - формируя ионный поток, вслед за которым выходит вода, что и вызывает сморщивание этой органеллы. Предложенную схему нельзя экспериментально полностью проследить (у нее много последовательных шагов), но вполне возможно экспериментально проверить следствия вытекающие из нее. Например, мы предсказали что PI(3,5)P2 должен уменьшать активность протон-калиевого транспортировщика из семейства NHX и такой эффект действительно был затем обнаружен (сначала в дрожжах, затем и в растениях).
Это - первая работа с применением метода сравнительной функциональной архитектоники, еще до того как сам подход был осознан.
• 2018 - Как растения поддерживают свою функциональную целостность? (в соавторстве с Noriyuki Hatsugai-самой)
Пожалуй, с этой работы начинаются попытки сравнения аналогий - отдаленно схожих проявлений. Очень сложно нащупать то целое, части которого имеются в наличии - это целое полностью метафизично; с ним можно работать, но его нужно представлять - пощупать его нельзя. Приходится окунаться в понимание - а что собственно такое растение? (с точки зрения нашей подвижной и морфологичной животности). Полученные отличия затем сравниваются с существующими представлениями о том что за процессы имеют место в растениях и что они такое. Получается что нет - растения не корректно рассматривать как разновидность неподвижных животных. Второе - практика работы крупными мазками, при этом приходится стараться распознавать то главное что составляет суть крупного мазка: одна неправильно выброшенная "мелочь" может, как Сусанин, увести далеко в заблуждения.
Пунктиром:
1) Рост растений полярен - у них есть противоположно-направленные точки роста. Как решается задача роста такого тянитолкая? Рассматривается, что известно о регуляции роста каждого из полюсов по отдельности. Рассматривается что известно о взаимодействиях между этими полюсами. Одним из механизмов такого взаимодействия являются распространяющиеся сигнальные реакции (если кто не знает - у растений есть распространяющиеся электрические реакции в ответ на разные воздействия; похоже на потенциалы действия животных).
2) Рассматриваются вопрос - могут ли эти распространяющиеся сигналы регулировать рост его (растения) частей? - похоже могут существовать два механизма: первый сигнализирует о массе/объеме части растительных органов - это может определяться простым количеством некоторого вещества, синтезированного в этом объеме, второй может передавать (в некоторых пределах) информацию о некоторой форме ("расположение" или "структура" частей). На вторую роль как раз могут пригодиться распространяющиеся сигналы.
3) Вот только распространяющимся сигналам в современной науке назначена довольно маленькая роль - сигнализаторов о всяких напастях, которые могут прикючиться с определенной частью растения. Типа нервных импульсов от рецепторов (ну или нервных импульсов к эффекторам). Там дальше - много исследований о том, как в отдаленных частях растения возникает устойчивость, если какой-то гусенничке пришло в голову укусить другой листочек того же растения. Вот только проблема - как в таком безликом нервном импульсе закодировать информацию о том, в чем именно заключается напасть, чтобы выдать адекватный ответ. Это - проблема и головная боль современной растительной физиологии: в отличии от животных, у растенй нет частотного кодирования (когда разные стимулы провоцируют генерацию импульсов с разной частотой) и вообще импульсы медленные и нет разных типов нервных волокон.
4) Мы предлгаем другое прочтение экспериментальных результатов: растение привычно ко своему окружению, а импульсы возникают при изменениях этого окружения. Они заставляют растение а) запаузить развитие, б) включить механизмы адаптации. Таким образом, если растение, например, постоянно тормошится, ему не нужно вырабатывать доп энергию на каждое такое воздействие - оно растет пока условия позволяют и более-менее постоянны. Если вдруг стало непривычно хорошо или плохо - растение паузится и на всякий случай включает механизмы адаптации.
5) Дальше - нырок в молекулярные механизмы такого действия растительных распространяющихся сигналов. Для реактивных форм кислорода постулируется способность выделять те участки растения, где возникает некая физиологическая потребность (см. ниже), а для распространяющейся кальциевой сигнализации - способность запускать ("оркестрировать") соответствующую реакцию развития. А сам тип реакции определяется контекстом в растении, куда приходят эти сигналы. (тут воспользовались аналогией: в колониях полипов активные формы кислорода участвуют в сигнализации о том где возникнет новый полип, "двигая" колонию в направлении где больше еды; в растениях это аналог возникновения нового "питающей структуры" - зеленых листьев. Интересно: в колониях полипов активные формы кислорода тоже существуют в виде распространяющихся сигналов).
6) Выводы и проверяемые следствия: а) специфичность ответа растений на внешние раздражители "вшита" в их организацию, которая эволюционировала в данной среде в течение долго времени, распространяющиеся сигналы позволяют растению "проявлять" отдельные аспекты этой приспособленности, б) растениям присущ некий "базальный уровень метаболизма", который может отличаться в зависимости от воздействий внейшней среды (кажется, достаточно разумно для прикрепленных организмов, которым энергетически невыгодно реагировать на каждый отдельный чих в окружающей среде), в) следует искать отличия между растениями в пропорциях их сигнализации активными формами кислорода и кальцием: между деревьями и более пластичными растениями, в "усиках" ожидается более высокая активность активных форм кислорода. К теме взаимного влияния полюсов развития у растений мы так и не вернулись:( Статья без картинков
• 2020 - Две роли кальциевой сигнализации ("zhzh-paper") (в соавторстве с Юлей Паниной, Алексеем Чернышевым, Георгием Любарским)
Первый опыт академического weightlifting-a. Идея этой статьи возникла в ходе работы над предыдущей, как обычно - из-за оставшихся обрезков материала (если мне память не изменяет - в размышлениях о возможной роли вакуолярной кальциевой сигнализации и связи эндосомальной кальциевой сигнализации со способностью клеток ползать). Это работа еще более крупными мазками и да - ныряние вслед за мелочами как раз разматывало такой клубок, что порою хотелось бросить эту работу на половине пути. Особенно когда оказывалось, что для подтверждения некоего положения следовало разобрать "еще один круг явлений" и соответствующую незнакомую область литературы. Большая часть времени "работы" над этим текстом - привыкание к и постепенное ковыряние вот таким образом навалившегося счастья.
В тексте нигде об этом прямо не сказано, но по сути в нем предлагается теория кальциевой сигнализации. Сама статья - одно большое предсказание - о том что саморегуляция кальциевой сигнализации играет первостепенную роль в саморегулировке становления многоклеточных организмов, в их регенерации, а в случае животных - и в возникновении рака. Кальциевая сигнализация, таким образом, постулируется как единый механизм используемый многоклеточными организмами для развития в зависимости от факторов внешней среды и вокруг остова определяемом генами. Причем этот механизм саморегуляции постулируется для представителей всех царств, несмотря на разницу в тех молекулярных механизмах, которые в этих разных организмах обеспечивают кальциевую сигнализацию. Такое представление очень сильно расширяет роль которую в данный момент приписывают кальциевой сигнализации, а именно - в качестве "переводчика" между разными типами сигналов извне и внутриклеточными исполнительными механизмами. Постулируемая роль не сводится также к так называемому "индуцируемом кальцием высвобождению кальция" - механизму при помощи которого происходит сокращение мышечных клеток (несмотря на кальций-зависимый характер этого процесса). Для представления масштабов: речь идет о явлениях регуляции уровня тех генетических механизмов, что сохранены в ходе эволюции как растениями так и животными (время разделения этих ветвей - порядка миллиарда лет назад), но в отличие от этих механизмов - не генетические и потому не выявляемы современными методами биоинформатики и сравнительной геномики.
Важной частью письма стало вовлечение следствий в исходные положения, которые рассматривались в свете следствий, и т.д. - итеративно, через "сенситизацию" к подтверждающим фактам, когда становится понятно где их следует искать.
Очень кратко о статье:
1) Начинаем рассмотрение темы с анализа базального уровня кальция. Современное понимане - содержание кальция в цитоплазме очень низко, это - фон, на котором в виде вспышки возникает кальциевая сигнализация. Предложенная альтернативная трактовка - распределение кальция в клетке очень гетерогенно, его уровень зависит скорее от стадии на которой находится клетка и тех процессов которые в ней происходят, кальций - связующее звено между разными внутриклеточными процессами.
2) Выделение функциональных блоков из сравнения животных и растений. Животные клетки - движутся, ползают. Растительные клетки лишены такой способности. Миграция и хемотаксис, таким образом - один функциональный блок по которому растения отличаются от животных. Второй функциональный блок - общий для растений и животных: основанный на пролиферации-киэсценции. Миграция и хемотаксис органично включаются в выделенный блок, рассматривается молекулярная подоплека организации этого блока. Кажется, важной причиной отсутствия способности к движению в растительных клетках - крупная и единая центральная вакуоль (привет из предыдущей статьи). Смотрим какие каналы есть в вакуоли и в аналогичных органеллах у животных, анализируем их свойства, и из этого сравнения приходим к выводам об их роли.
3) Второй функциональный блок - макроявления вокруг клеточной пролиферации (stem cell state, собственно деление, киэсценция-пауза клеточного цикла, апоптоз и дифференциация). Очень грубо - у животных все эти процессы непосредственно регулируются кальциевой сигнализацией, у растений, по крайней мере клеточное деление - модулируется кальцием. Разбираются причины по которым все эти явления ("программы") являются частью данного функционального блока. Исследуется как это согласуется с типом кальциевой сигнализации присущей каждому типу организмов: у растений - распространяющиеся "волны", у животных - "разворачивающаяся", "ступенчатая" сигнализация, которая изменяется с каждым последующим шагом становления-развития.
4) Собственно анализ того как может возникать и действовать кальциевая сигнализация в многоклеточном окружении. Выделение "трех сил", определяющих развитие через становление кальциевой сигнализации: а) механические воздействия, б) химические воздействия, в) биоэлектрические воздействия. Попытка выделить в чистом виде эффект каждой из этих сил уткнется в "шум": постулируется, что через их совместное воздействие получается организм таким как получается, все это привязывается к так называемым epithelial-mesenchymal transition и mesenchymal-epithelial transition, как стадии более общего процесса - возникновения критических фаз развития. Предлагается также общий механизм становления кальциевой сигнализации - с развитием идет "сужение"-специализация кальциевой сигнализации: начало развития начинается с общего увеличения концентрации этого иона в клетке, запуская деление; по мере дифференциации источники увеличения концентрации кальция становятся все уже (так, по-видимому, происходит калибровка органов чувств); одновременно или чуть позже - сами кальциевые-транспортеры начинают играть важную роль в кальциевой сигнализации, придавая специфичность безликим кальциевым сигналам. Таким образом, сигналы кальция не только создаются, но и одновременно служат обратной связью о кальций-регулируемых процессах развития.
5) Рассматриваются рак и регенерация в качестве кальций-регулируемых тканевых процессов. Рак - результат чрезмерного клеточного деления (активируется повышенным содержанием кальция в цитоплазме) и также - неправильной работы или стыковки молекулярных машин кальциевой сигнализации, что вызывает нарушения в функциональном блоке основанном на делении-киэсценции. Регенерация - нарушение поля образуемого "тремя силами", способствующих созданию формы.
6) Совсем по верхам - вторая, "классическая" роль кальциевой сигнализации в свете предложенной полной концепции. Рассмотрение по сути сводится к введению становления этой роли - каким образом организм придает своей кальциевой сигнализации те именно параметры, которые нужны для передачи информации от внешних стимулов внутренним молекулярным эффекторам, "калибровка и притирка". Просто выделяются два крупных явления: а) orchestrating-to-triggering role transition (как раз выработка параметров кальциевой сигнализации в зависимости от внешних сигналов) и б) orchestrating-triggering coupling - способность организма изменять эти параметры в зависимости от изменений внешних сигналов (например - увеличение или снижение мышечной массы в зависимости от нагрузки). Совсем мимоходом - пластичность и устойчивость кальциевой сигнализации. Как показано в выводах - у животных все устроено достаточно жестко; нарушения в кальциевой сигнализации критичны для нормального развития организма.
7) Выводы. Самое главное - кальциевая сигнализация у растений и у животных по-видимому играет одну и ту же организующую роль в регуляции развития, несмотря на различия в тех механизмах при помощи которой она возникает; чтобы эту схожесть увидеть от этих механизмов приходится абстрагироваться. У животных относительная устойчивость формы является следствием "развертывающейся во времени" кальциевой сигнализации (важна "историчность"; тут идут следствия медицинского характера). Растениям распространяющаяся кальциевая сигнализация позволяет иметь ветвящуюся форму без жестких ограничений на размеры и форму. "Наличие отсутствия" - важный признак, надо только уметь с ним работать.
• 2023 - Реконструкция эмергентных биологических явлений с помощью сравнительной функциональной архитектоники ("kitty-paper") (в соавторстве с Георгием Любарским)
Эта работа - попытка формализации метода сравнительной функциональной архитектоники. Идея этой статьи возникла в ходе работы над предыдущей и, если мне память не изменяет - в результате чтения книги "Происхождение иерархии: история таксономического ранга" Г.Ю. Любарского (за подсказку которой я ему премного благодарен). Впрочем, принимаясь за работу у меня были лишь очень смутные представления о том как она должна выглядеть и о чем она вообще должна быть. Как она приобретала свой облик - мне не до конца ясно. Во всяком случае, обозреть эту статью мне удалось лишь при написании вводного раздела "Об организации данной работы" (спасибо Гоше Адамейко за совет сделать краткое резюме, хотя кажется та итоговая страница текста - совсем не то, что он имел в виду; однако без нее добрая часть читателей, я уверен, была бы выкошена плотной и нудной исторической частью). Наполнение подбиралось исключительно исходя из внутреннего чувства веса приводимых положений; насколько это чутье соответствует "чувству доказанности" у коллег - мне не известно.
Если все же браться перечислять, о чем именно эта статья, то наверно можно предложить ранее составленный список. Итак, мы:
1) Показали и обосновали стратегию того, как именно, в случае биообъектов следует реконструировать "эмергентные" (сложные) явления - при помощи сравнения реализации этих явлений в разных организмах. Показали, что для достижения этой цели сравнения должны производиться между наиболее отдаленными представителями в которых может наблюдаться такие аналогичные явления. Данная стратегия отличается от других современных попыток реконструкций тем, что она изоморфна процессу усложения, а не движется в противоположном направлении (как это происходит в случае привлечения редукционистких подходов).
2) Использовали в качестве отправной точки и источника вдохновения цитату bbzhukov в жж ivanov-petrov.
3) Предложили области применения для редукционистких и антиредукционистких исследовательских подходов в биологии.
4) Предложили новую организацию и представление знаний и эмергентных феноменов на основе архетипа и гомологий, причем,
5) для этого пришлось разгрести понятие гомологии и ввести два их типа.
6) Объяснили почему современная наука топчется на месте с проблемой реконструкции эмергентных биоявлений (с проблемой сложности). для этого пришлось проанализировать с чем собственно работает современная бионаука - каковы свойства современного биологического объекста (для этого пришлось обозреть историю становления современного биологического объекта - 20 страниц скучного текста из примерно 80 страниц непосредственно посвященных разбору темы).
7) Предложили возможность существования биохимического разнообразия неклеточного уровня (современная биология следует "животной парадигме" - функции организма есть производная от количества типа разных клеток; для этого даже атласы есть. Мы вводим другую категорию, по крайней мере для растительных клеток и плакозоев, характеризующихся малым числом типов клеток - у них наибольшее разнообразие, видимо, приходится на субклеточный уровень - один и тот же тип клеток может по-разному вести себя в разных условиях).
8) Объяснили Вигнеровскую непостижимую эффективность математики в естественных науках.
9) Поставили вопрос о границах экспериментального метода в биологии (точнее - о соотношении теории и эксперимента в биологических исследованиях).
11) Показали ограниченность описания биообъектов в терминах scale free networks.
12) Показали в чем заключается умность ИИ, как связаны его способности с возможностью решения задач реконструкции эмергентного уровня, и предположили что квантовые компьютеры могли бы способствовать решению этой задачи ввиду изоморфности принципа своего действия архетипу.
13) Написали методологическую статью по биологии ни разу не обратившись к "научному методу".
14) Много котиков, разбавленных одним единорогом.
Пока работы складываются вот в такую структуру (иллюстрация из статьи выше):
Последняя намеченная работа из серии - Общая теория развития. Надо сказать, что последние три работы, ввиду своей обширности, способствуют взаимной утряске. Поэтому эти тексты до сих пор в работе.
Еще я перевожу:
- поучаствовал в переводе книги "Штрих. Теория письма" Геррита Ноордзея, изданной в 2013 году в издательстве Дмитрия Аронова. Не учел, однако, что в данном проекте во главе угла стояла достоверность перевода а не точность передачи смысла. Тем не менее, благодарность мне (Вадиму Перецу, гг) была вынесена
(хотя из моего перевода там практически ничего не было взято)
- "Электричество в живых организмах" М.Б. Беркинблита и Е.Г. Глаголевой (на испанский + отрисовка иллюстраций. Обложка долго рисуется дорисована)
- "Происхождение иерархии: история таксономического ранга" Г.Ю. Любарского - в процессе (уже выложены Предисловие, Глава 1, Глава 2)
- По физике - о концепции дискретного пространства Михаила Дулина (доклад - на английском, критика книги Ровелли - на испанском)
Ничего из вышеперечисленного не было бы возможным, если бы не существовал ЖЖ как площадка. Ему - отдельная благодарность.
upd. 19.01.2021
upd. 15.05.2022
upd. 27.05.2023
upd. 13.08.2023
upd. 14.08.2023
upd. 01.01.2024
upd. 03.01.2024 - добавлены авторы и благодарность жж
upd. 23.03.2024