4995. Величайшая (и самая счастливая для жизни) находка эволюции
Начало: 4994
«Я хочу узнать, как Господь создал этот мир. Мне неинтересно отдельно то или иное явление, спектр того или иного элемента; я хочу знать Его мысли. Всё остальное - детали».
А. Эйнштейн
Выйдя в процессе эволюции на эффективное решение какой-либо важной «технической» задачи, живая природа закрепляет его и в дальнейшем, как правило, не ограничивается использованием только в одном направлении. Примеров тому немало. Но все они по своим масштабам и значимости для судеб жизни в самом фундаментальном смысле не идут ни в какое сравнение с элементарной линейной (одномерной) структурой, имя которой - нить.
4. Биотекстиль
Но продолжим наше исследование. Слово «материя» в переводе с латинского буквально означает вещь, вещество (то есть нечто такое, что можно ощутить, потрогать, измерить). В философском смысле - это объективная реальность, отображаемая нашим сознанием. В естественнонаучном понимании - вещественная основа, которая образует физические тела, и которая имеет, стало быть, определенное строение. Но есть и другой, техно-текстильный оттенок этого слова, когда оно подразумевает какую-то связанную из нитей ткань. Это может быть обыкновенная хлопковая материя, но может быть и шёлковая, льняная, шерстяная, синтетическая…
Так вот, живая материя, помимо того, что о ней уже много сказано в научных и философских категориях и терминах, есть, прежде всего, материя именно в этом, текстильном смысле. Дело в том, что всякая биологическая плоть сконструирована, как и текстильная ткань, из нитей (главным образом белковых и целлюлозных) и, следовательно, она имеет матерчатую структуру. Живая материя в физико-механическом отношении есть по существу не что иное, как биологический текстиль.
В поисках специфических (или, как еще говорят, атрибутивных) признаков жизни, которые можно было бы противопоставить неживой природе, остался совершенно без внимания реальный, в принципе весьма простой и к тому же вполне доступный для наблюдения факт. От механического удара твердый и очень крепкий камень дробится на части, а какая-нибудь мягкая и с виду податливая биологическая плоть в этой ситуации, напротив, сохраняет свою целостность, лишь по месту приложения силы могут возникать (как это хорошо известно каждому из нас с раннего детства) некоторые локальные дефекты. Налицо диаметрально противоположное отношение к прочности как способности сопротивляться разрушению под действием внешних нагрузок (ими обычно являются растяжение, сжатие, изгиб).
Все биологические тела от мала до велика построены, в отличие от широко распространенных в природе кристаллических минералов, из линейно (одномерно) организованных элементарных единиц материи, длина которых многократно превышает поперечные размеры, а именно - из полимерных нитей (например, коллагеновых или целлюлозных). Будучи достаточно длинной, тонкой, эластичной, полимерная нить способна, изгибаясь, повторять и описывать любые геометрические формы и очертания. Она чрезвычайно предрасположена к прочному сцеплению и переплетению с себе подобными, что открывает путь к безграничному пространственному формообразованию. Из нити можно сделать (то есть связать) всё. И природа не прошла мимо такой замечательной возможности. Нематоморфизм и текстуральность приобрели в построении биологических систем, если говорить языком физики, не только ближний, но и дальний порядок.
Подлинное царство (микрокосм) нитей открывает, прежде всего, содержимое всякой живой клетки, которое ассоциируется нами (вслед за Ж. Бюффоном и В.И. Вернадским) с так называемым живым веществом. Внутриклеточные нити (система цтоскелета, микрофибриллы и микрофиламенты, тончайшая кисея гиалоплазмы) причудливо преплетаются между собой, соединяются и разъединяются в определенном, сложно организованном порядке, образуя в совокупности многомерную, непостижимо запутанную сеть. Построенные в таком ключе элементарные ячейки жизни соединяются между собой в «государство клеток» (как сказал бы Р. Вирхов) нитями внеклеточного матрикса, образуя ткани. А те в свою очередь интегрируются аналогичным образом в органы и системы органов, так что в итоге получается связанный из нитей целый организм.
Текстуральный принцип структурной организации живого имеет глубокий физико-механический смысл. Выполненная из нитей конструкция внутренне противоречива, в ней органически сочетаются противоположные начала - дискретность (отдельных нитей) и непрерывность (системы в целом). При ударе по минеральному кристаллическому монолиту механическое напряжение концентрируется в месте образования первичной трещины, которая мгновенно разрастаясь и ветвясь, приводит его к разрушению. В отличие от этого, переплетенные между собой полимерные нити, интегрирующие биологическую плоть в единое целое, способствуют рассасыванию напряжения (возникающего по месту приложения силы) и перераспределению нагрузки на соседние элементы. Так что дефект, приведший к разрыву отдельных нитей, не приобретает угрожающих размеров. Он тотчас угасает и локализуется по месту первичного образования. Каждая нить (и даже ее отдельный, зажатый между двумя точками участок) будучи частью единой связной системы, в то же время сохраняет свою физическую индивидуальность и, следовательно, ее разрыв отнюдь не влечет за собой разрушения всей конструкции. Сплетенный из нитей трос гораздо прочнее эквивалентного ему по массе монолитного стержня (к тому же он обладает высокой и легко обратимой гибкостью в силу свободного скольжения друг относительно друга составляющих его элементов).
Вот почему, соударяясь с твердыми телами и друг с другом, падая и ушибаясь, вступая в физическое единоборство, преодолевая сопротивление воздушных и водных потоков, меняя в зависимости от обстоятельств внешние очертания, живые существа (исторически поначалу, представленные единственной клеткой) не распадаются на части. В противном случае жизнь уже по этой только причине (сугубо механического, структурного свойства!) была бы в земных условиях абсолютно невозможна. И, следовательно, мы имеем все основания отнести нематоморфизм и текстуральность, эти фундаментальные принципы биологической архитектоники, к числу атрибутивных в понимании сущности жизни.
Их происхождение вполне объяснимо. Будучи порождением линейного порядка, белково-нуклеиновая функциональная система неуклонно поддерживает и бесконечно воспроизводит его в себе. В процессе репликации, транскрипции и трансляции на линейно организованной матричной основе нить порождает и множит нить. Сходящие с матриц элементарные фибриллы собираются в нити более высокого ранга (аналогично тому, как в текстильном производстве из коротких и сравнительно тонких волокон формируется пряжа). На их основе в конечном итоге и создаются (кристаллизуются) различного размера белковые структурные нити.
Наряду с этим вторично, но уже на ранних этапах существования биосферы приобрёл грандиозное по масштабам своего выражения биосинтез (опять-таки линейных!) полисахаридов, которые получили главным образом строительное назначение. У растений - это целлюлоза (в общей массе органических соединений биосферы она заняла с течением времени первое место), а в мире гетеротрофных организмов (членистоногие, грибы и др.) - целлюлозоподобный хитин).
Жизнь - это бесконечный и непрерывный процесс прядения и вязания. Всякая живая система, даже самая малая, стала по сути дела грандиозной текстильной фабрикой, а её продукция - единственным и универсальным строительным материалом самой живой субстанции. Элементы, из которых строят здание, скрепляют между собой цементом. Детали автомобиля соединяют нарезными болтами и гайками. Что же касается биологических конструкций, то все они завязаны нитью.
Все живое из нити и от нити. Все живое есть связка, клубок нитей. И только потому мы не замечаем визуально этого непреложного и бесспорного факта в своей обыденной практике, что биологические нити либо слишком тонки, либо к тому же еще и плотно упакованы.
5. Линейный принцип биологической архитектоники
Если бы удалось разобрать до конца какое-нибудь существо (или хотя бы его часть) на структурные составляющие (подобно тому, как мы это делаем порой, распуская связанный из пряжи свитер), то от него, естественно, не осталось бы ничего, кроме различного рода нитей. При внимательном анализе разобранного материала мы бы увидели, во-первых, что нити эти главным образом двух типов - белковые и углеводные. Во-вторых, что нити различаются по толщине. В третьих, что они устроены иерархически, по матрёшечному (фрактальному) принципу: нити большего диаметра последовательно расщепляются продольно на нити меньшего диаметра вплоть до линейных макромолекул, с которых начиналось их формирование. Наконец, в четвёртых, что все мономеры образующие нити, только левые (в случае белковых нитей) и только правые (в случае углеводных).
Проще всего осуществить разборку на составные линейные элементы, конечно, вирусов, микроскопическое тело которых состоит всего лишь из двух видов нитей. Находящаяся в центре полинуклеотидная нить (ДНК или РНК, одноцепочечная или двухцепочечная) заключена в полипептидную оболочку-капсид. И, следовательно, вся задача по разборке сводится к тому, чтобы распустить на составляющие нити именно этот капсид, последовательно извлекая белковые субъединицы и разматывая их. Что же касается субвирусных частиц, так называемых вироидов, то с ними и вовсе не требуется никакой разборки, поскольку они лишены капсида и представлены только однонитиевой РНК (возможно, в некоторых случаях и ДНК), которая способна автономно реплицироваться в инфицированных хозяйских клетках. Как видим, при всей своей морфологической простоте и функциональной специфике, вирусы несут в себе все признаки биологической архитектоники, присущие одноклеточным и многоклеточным организмам, то есть живой материи вообще.
Объясняя, как устроен организм на уровне элементарной ячейки жизни, знаменитая клеточная теория (сформулированная ещё в первой половине девятнадцатого столетия), не дает представления о структурной организации собственно живого вещества, живой материи как таковой, и ныне уже не может считаться достаточной в контексте теории жизни. В основе жизни, включая и тот ее случай, когда целый организм представлен всего лишь одной клеткой, лежат иные принципы - более глубокого, тектонического (греч. tektonike - строительное искусство, archi - старший, главный, первоначальный) порядка. Это нематоморфизм - нитеобразие, нитеподобие, нитеформие и порождённая им текстуральность - конструирование (вязание) живой материи из нитей. Этим принципам подвластны даже такие мельчайшие, субмикроскопические существа, как вирусы, которые, будучи живыми организмами, никак не вписываются в классическую клеточную теорию в силу своей морфо-функциональной специфики.
Продолжение следует.
«Я хочу узнать, как Господь создал этот мир. Мне неинтересно отдельно то или иное явление, спектр того или иного элемента; я хочу знать Его мысли. Всё остальное - детали».
А. Эйнштейн
Выйдя в процессе эволюции на эффективное решение какой-либо важной «технической» задачи, живая природа закрепляет его и в дальнейшем, как правило, не ограничивается использованием только в одном направлении. Примеров тому немало. Но все они по своим масштабам и значимости для судеб жизни в самом фундаментальном смысле не идут ни в какое сравнение с элементарной линейной (одномерной) структурой, имя которой - нить.
4. Биотекстиль
Но продолжим наше исследование. Слово «материя» в переводе с латинского буквально означает вещь, вещество (то есть нечто такое, что можно ощутить, потрогать, измерить). В философском смысле - это объективная реальность, отображаемая нашим сознанием. В естественнонаучном понимании - вещественная основа, которая образует физические тела, и которая имеет, стало быть, определенное строение. Но есть и другой, техно-текстильный оттенок этого слова, когда оно подразумевает какую-то связанную из нитей ткань. Это может быть обыкновенная хлопковая материя, но может быть и шёлковая, льняная, шерстяная, синтетическая…
Так вот, живая материя, помимо того, что о ней уже много сказано в научных и философских категориях и терминах, есть, прежде всего, материя именно в этом, текстильном смысле. Дело в том, что всякая биологическая плоть сконструирована, как и текстильная ткань, из нитей (главным образом белковых и целлюлозных) и, следовательно, она имеет матерчатую структуру. Живая материя в физико-механическом отношении есть по существу не что иное, как биологический текстиль.
В поисках специфических (или, как еще говорят, атрибутивных) признаков жизни, которые можно было бы противопоставить неживой природе, остался совершенно без внимания реальный, в принципе весьма простой и к тому же вполне доступный для наблюдения факт. От механического удара твердый и очень крепкий камень дробится на части, а какая-нибудь мягкая и с виду податливая биологическая плоть в этой ситуации, напротив, сохраняет свою целостность, лишь по месту приложения силы могут возникать (как это хорошо известно каждому из нас с раннего детства) некоторые локальные дефекты. Налицо диаметрально противоположное отношение к прочности как способности сопротивляться разрушению под действием внешних нагрузок (ими обычно являются растяжение, сжатие, изгиб).
Все биологические тела от мала до велика построены, в отличие от широко распространенных в природе кристаллических минералов, из линейно (одномерно) организованных элементарных единиц материи, длина которых многократно превышает поперечные размеры, а именно - из полимерных нитей (например, коллагеновых или целлюлозных). Будучи достаточно длинной, тонкой, эластичной, полимерная нить способна, изгибаясь, повторять и описывать любые геометрические формы и очертания. Она чрезвычайно предрасположена к прочному сцеплению и переплетению с себе подобными, что открывает путь к безграничному пространственному формообразованию. Из нити можно сделать (то есть связать) всё. И природа не прошла мимо такой замечательной возможности. Нематоморфизм и текстуральность приобрели в построении биологических систем, если говорить языком физики, не только ближний, но и дальний порядок.
Подлинное царство (микрокосм) нитей открывает, прежде всего, содержимое всякой живой клетки, которое ассоциируется нами (вслед за Ж. Бюффоном и В.И. Вернадским) с так называемым живым веществом. Внутриклеточные нити (система цтоскелета, микрофибриллы и микрофиламенты, тончайшая кисея гиалоплазмы) причудливо преплетаются между собой, соединяются и разъединяются в определенном, сложно организованном порядке, образуя в совокупности многомерную, непостижимо запутанную сеть. Построенные в таком ключе элементарные ячейки жизни соединяются между собой в «государство клеток» (как сказал бы Р. Вирхов) нитями внеклеточного матрикса, образуя ткани. А те в свою очередь интегрируются аналогичным образом в органы и системы органов, так что в итоге получается связанный из нитей целый организм.
Текстуральный принцип структурной организации живого имеет глубокий физико-механический смысл. Выполненная из нитей конструкция внутренне противоречива, в ней органически сочетаются противоположные начала - дискретность (отдельных нитей) и непрерывность (системы в целом). При ударе по минеральному кристаллическому монолиту механическое напряжение концентрируется в месте образования первичной трещины, которая мгновенно разрастаясь и ветвясь, приводит его к разрушению. В отличие от этого, переплетенные между собой полимерные нити, интегрирующие биологическую плоть в единое целое, способствуют рассасыванию напряжения (возникающего по месту приложения силы) и перераспределению нагрузки на соседние элементы. Так что дефект, приведший к разрыву отдельных нитей, не приобретает угрожающих размеров. Он тотчас угасает и локализуется по месту первичного образования. Каждая нить (и даже ее отдельный, зажатый между двумя точками участок) будучи частью единой связной системы, в то же время сохраняет свою физическую индивидуальность и, следовательно, ее разрыв отнюдь не влечет за собой разрушения всей конструкции. Сплетенный из нитей трос гораздо прочнее эквивалентного ему по массе монолитного стержня (к тому же он обладает высокой и легко обратимой гибкостью в силу свободного скольжения друг относительно друга составляющих его элементов).
Вот почему, соударяясь с твердыми телами и друг с другом, падая и ушибаясь, вступая в физическое единоборство, преодолевая сопротивление воздушных и водных потоков, меняя в зависимости от обстоятельств внешние очертания, живые существа (исторически поначалу, представленные единственной клеткой) не распадаются на части. В противном случае жизнь уже по этой только причине (сугубо механического, структурного свойства!) была бы в земных условиях абсолютно невозможна. И, следовательно, мы имеем все основания отнести нематоморфизм и текстуральность, эти фундаментальные принципы биологической архитектоники, к числу атрибутивных в понимании сущности жизни.
Их происхождение вполне объяснимо. Будучи порождением линейного порядка, белково-нуклеиновая функциональная система неуклонно поддерживает и бесконечно воспроизводит его в себе. В процессе репликации, транскрипции и трансляции на линейно организованной матричной основе нить порождает и множит нить. Сходящие с матриц элементарные фибриллы собираются в нити более высокого ранга (аналогично тому, как в текстильном производстве из коротких и сравнительно тонких волокон формируется пряжа). На их основе в конечном итоге и создаются (кристаллизуются) различного размера белковые структурные нити.
Наряду с этим вторично, но уже на ранних этапах существования биосферы приобрёл грандиозное по масштабам своего выражения биосинтез (опять-таки линейных!) полисахаридов, которые получили главным образом строительное назначение. У растений - это целлюлоза (в общей массе органических соединений биосферы она заняла с течением времени первое место), а в мире гетеротрофных организмов (членистоногие, грибы и др.) - целлюлозоподобный хитин).
Жизнь - это бесконечный и непрерывный процесс прядения и вязания. Всякая живая система, даже самая малая, стала по сути дела грандиозной текстильной фабрикой, а её продукция - единственным и универсальным строительным материалом самой живой субстанции. Элементы, из которых строят здание, скрепляют между собой цементом. Детали автомобиля соединяют нарезными болтами и гайками. Что же касается биологических конструкций, то все они завязаны нитью.
Все живое из нити и от нити. Все живое есть связка, клубок нитей. И только потому мы не замечаем визуально этого непреложного и бесспорного факта в своей обыденной практике, что биологические нити либо слишком тонки, либо к тому же еще и плотно упакованы.
5. Линейный принцип биологической архитектоники
Если бы удалось разобрать до конца какое-нибудь существо (или хотя бы его часть) на структурные составляющие (подобно тому, как мы это делаем порой, распуская связанный из пряжи свитер), то от него, естественно, не осталось бы ничего, кроме различного рода нитей. При внимательном анализе разобранного материала мы бы увидели, во-первых, что нити эти главным образом двух типов - белковые и углеводные. Во-вторых, что нити различаются по толщине. В третьих, что они устроены иерархически, по матрёшечному (фрактальному) принципу: нити большего диаметра последовательно расщепляются продольно на нити меньшего диаметра вплоть до линейных макромолекул, с которых начиналось их формирование. Наконец, в четвёртых, что все мономеры образующие нити, только левые (в случае белковых нитей) и только правые (в случае углеводных).
Проще всего осуществить разборку на составные линейные элементы, конечно, вирусов, микроскопическое тело которых состоит всего лишь из двух видов нитей. Находящаяся в центре полинуклеотидная нить (ДНК или РНК, одноцепочечная или двухцепочечная) заключена в полипептидную оболочку-капсид. И, следовательно, вся задача по разборке сводится к тому, чтобы распустить на составляющие нити именно этот капсид, последовательно извлекая белковые субъединицы и разматывая их. Что же касается субвирусных частиц, так называемых вироидов, то с ними и вовсе не требуется никакой разборки, поскольку они лишены капсида и представлены только однонитиевой РНК (возможно, в некоторых случаях и ДНК), которая способна автономно реплицироваться в инфицированных хозяйских клетках. Как видим, при всей своей морфологической простоте и функциональной специфике, вирусы несут в себе все признаки биологической архитектоники, присущие одноклеточным и многоклеточным организмам, то есть живой материи вообще.
Объясняя, как устроен организм на уровне элементарной ячейки жизни, знаменитая клеточная теория (сформулированная ещё в первой половине девятнадцатого столетия), не дает представления о структурной организации собственно живого вещества, живой материи как таковой, и ныне уже не может считаться достаточной в контексте теории жизни. В основе жизни, включая и тот ее случай, когда целый организм представлен всего лишь одной клеткой, лежат иные принципы - более глубокого, тектонического (греч. tektonike - строительное искусство, archi - старший, главный, первоначальный) порядка. Это нематоморфизм - нитеобразие, нитеподобие, нитеформие и порождённая им текстуральность - конструирование (вязание) живой материи из нитей. Этим принципам подвластны даже такие мельчайшие, субмикроскопические существа, как вирусы, которые, будучи живыми организмами, никак не вписываются в классическую клеточную теорию в силу своей морфо-функциональной специфики.
Продолжение следует.