10. Фрактальная геометрия природы: нить

[albercul]

Линейный порядок в природе и в жизни человека

4. Фундаментальный принцип биологической архитектоники

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 линейных полисахаридов, которые получили главным образом строительное значение. 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. Кирпичи, 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. Более того, если бы нам удалось разобрать до конца какую-либо часть живой плоти на составляющие её  элементы, то от нее не осталось бы ничего, кроме различного рода нитей. Все живое из нити и от нити. Все живое есть связка, клубок нитей. И только потому мы не замечаем в обыденной жизни существования этой  реальности, что  биологические нити либо слишком тонки, либо к тому же еще и плотно упакованы.

   


Внутриклеточные "джунгли"

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 простоте и функциональной специфике, вирусы несут в себе все признаки биологической архитектоники, присущие одноклеточным и многоклеточным организмам, то есть жизни вообще.

Объясняя, как  устроен организм на уровне элементарной ячейки жизни, клеточная теория (сформулированная ещё в первой половине девятнадцатого столетия), не дает  представления о структурной организации живого вещества, живой материи как таковой, и ныне уже не может считаться достаточной для теории жизни. В основе жизни, включая и тот ее случай, когда целый организм представлен всего лишь одной клеткой,  лежит иной  принцип -   более глубокого, тектонического (греч. tektonike - строительное искусство, archi - старший, главный, первоначальный) порядка. Это нематоморфизм - нитеобразие, нитеподобие, нитеформие-  конструирование (вязание) живой материи из нитей. Этому принципу 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.

5. Линейное преобразование природных ландшафтов

Но вернемся опять к челове­ческой деятельности. Ныне Природе брошен беспреце­дентный по своей дерзости вызов. Приступив (на линей­ном микроуровне!) к реализа­ции безумно заманчивой про­граммы генетической инжене­рии, человечество замахну­лось на то, что раньше всецело было прерогативой Природы. Словно и не было предупреж­дения: «во многой мудрости многия печали». Что же каса­ется макроуровня, то здесь «работа на линии» успела зайти так далеко, что давно уже стала явлением глобального (биосферного) масштаба.

      


Линейное земледелие

Почему в мировой земле­дельческой практике с давних пор и по сие время применя­ют на полях главным образом линейное (очередное, строч­ное, рядковое) размещение культурных растений? Да по­тому что одномерный поря­док не только позволяет чело­веку дозировать расход се­мян, одинаково заглублять их в почву и получать тем самым относительно дружные всхо­ды, но и дает возможность с наименьшими затратами труда и времени «считывать» и постоянно контролировать посевы (формировать их оптимальную густоту, выбраковывать нестандартные рас­тения, проводить фитосанитарные мероприятия, пе­риодически рыхлить в меж­дурядьях почву, вносить удоб­рения и т.д.), т.е., осущест­влять всю необходимую технологическую систему ухо­да за сельскохозяйственной культурой вплоть до уборки урожая, особенно при ис­пользовании соответствую­щих механизмов.

В специальных словарях мы не найдем, однако, терми­на «линейное земледелие». Хотя мировое земледелие по всем статьям является имен­но таковым. Более того, оно давно уже вошло в состояние глубокой линейной зависи­мости. Приобщение живых организмов к «строевой дис­циплине», линейная страте­гия и тактика насквозь про­низывают это наиважнейшее занятие человека.

Дикорастущие фитоценозы, которым было свойствен­но самопроизвольное, стохас­тическое пространственное распределение растительных индивидуумов (они всегда предпочитали «ходить» тол­пой, а не строем), к настояще­му времени всюду оттеснены человеком. Их прибежищем теперь остались главным об­разом неудобья и малопригод­ные для земледелия участки ландшафта. На освобожден­ной от естественной расти­тельности обширной террито­рии континентов создан осо­бый - упорядоченный, линейно выстроенный (да к тому же еще и расчерченный систе­мой опять-таки линейных ле­сополос) мир культурных рас­тений, чего ранее на Земле ни­когда не было.

Людям от этой геометрии, казалось бы, только польза. Налицо экономические и тех­нологические выгоды. Но что приобрела биосфера в резуль­тате навязанного ей линейно­го порядка? Как отнеслась Природа к новому наряду «в полоску», что почувствова­ла, а главное - насколько ве­лико ее терпение к столь не­обычному и сравнительно не­давнему в геологической шка­ле времени явлению? Особен­но если учесть, в каком состо­янии оказался в результате этого преобразования глав­ный источник плодородия -  планетарный почвенный пок­ров. Это живую кожу Земли люди методично и хладно­кровно, почитая за благо и со­ревнуясь друг с другом, изоб­ретая все более изощренные приспособления и методы, полосуют стальными ножами тракторного плуга, оставляю­щими за собой длинные, глу­бокие (и опять-таки линей­ные!) борозды. И хорошо еще, если те идут поперек склона. Но, как показывает практика, тяжелой и громоздкой сель­скохозяйственной техникой удобнее управлять, когда она ориентирована в своем движе­нии вдоль склона. В результа­те такой пахоты открывается путь быстротекущей дождевой или снеговой воде, которая, следуя по нарезанной борозде вниз с нарастающим ускоре­нием, без труда размывает на своем бегу взрыхленную поч­венную массу и выносит ее в конечном итоге в океан. Са­ма же борозда при этом прев­ращается нередко в тяжелую рану Земли - овраг.

Думается, именно в этом обстоятельстве заключен, прежде всего, подлинный смысл расхожего понятия «рискованное земледелие». Линейное   земледелие   даже в самых благоприятных по климату регионах планеты в принципе, по определению, не может быть не рискован­ным. Ибо оно разрушительно для почвенного покрова уже в силу линейного принципа обработки земли.

Рукотворная проблема ли­неаризации ландшафтов дав­но ждет исследователей разно­го профиля - ботаников, зоологов, биогеоценологов, почвоведов, ландшафтоведов, специалистов в области земле­делия. Только совместными усилиями можно осуществить всеобъемлющее научное ос­мысление этого феномена, быть может, и понятного для практичной человеческой ду­ши, но странного для биосфе­ры. Ввиду его истинно планетарных масштабов нельзя больше медлить с этим. Если, конечно, мы действительно хотим не только понять скры­тые от нашего взора и стреми­тельно нарастающие тенден­ции в эволюции нынешней биосферы, но и увидеть перс­пективы своего дальнейшего пребывания в ней.

6. Космические нити

У выдающегося польского писателя С.Е. Леца есть весьма многозначительная фраза: «И когда я дошел до самого дна, то услышал, как снизу стучат». Современная естественнонаучная картина мира примечательна по самому большому счету тем, что в ней стали появляться различного рода нити. Физики-теоретики в своих построениях широко используют такие понятия, как «энергетическая ткань», «паутина», «пряжа»; «энергетические волокна», «фи­бриллы», «жгуты», «веревки», «канаты» и т. п. Причем не в переносном, а в самом что ни на есть прямом и фундаментальном значении. Нить стала инстру­ментом и способом понимания мироустройства.

Исследовательский космический аппарат Hubble Space Telescope впервые смог запечатлеть нити темной материи, которые соединяют звездные скопления в созвездии Возничего, расположенного на расстоянии 5,4 миллиарда световых лет от нашей планеты.

Принято считать, что Вселенную по структуре, можно сравнить с бесконечной трехмерной паутиной. Нити являются скоплениями темной материи, называемые также филаментами. В тех областях, где нити пересекаются, находятся плотные образования видимой материи, в виде отдельных галактик и звездных скоплений. Так летом этого года, астрономам удалось обнаружить одну из таких паутин, соединяющую галактики Abell 223 и Abell 222.

Группа ученых-астрономов под руководством Mathilde Jauzac из L’Université d’Aix-Marseille обнаружила еще одну темную нить, соединяющую галактики в скоплении MACSJ0717.Значительное количество галактик в данном скоплении, а также высокая плотность, позволили астрономам найти большое количество искривлений в структуре пространства-времени, инициированных скоплениями темной материи.

Mathilde Jauzac и ее коллеги склонны полагать, что новые более мощные телескопы, запуск которых в работу намечен на 2018 год, смогут помочь обнаружить и другие филаменты, которые недоступны имеющейся технике.

              


Космические нити

Согласно струнной теории всякое физичес­кое поле, оказывается, есть не функция точки, как принято было считать, а функционал линии в буквальном смысле этого слова. Все элементарные ча­стицы возникают в результате возбуждений неких вакуумных струн и определяются той или иной ча­стотой их колебания. Сама же отдельно взятая стру­на (как неделимая первооснова) представляет собой предельно тонкую нить, которая, как и подобает нити, способна изгибаться, сворачиваться, образуя причудливые клубки, и даже наматываться на что-то. Переплетаясь между собой и цепляясь друг за друга, струны образуют и создают материю.

Теория струн предлагает и другие феноменологи­ческие сценарии. Один их самых интересных заклю­чается в том, что наряду с крайне малыми нитями, длина которых сопоставима с  так называемой планковской величи­ной, космическое пространство предельно заполне­но паутиной вездесущих нитей межгалактических или даже вселенских размеров. Будучи невероятно тонкими и длинными, эти нити обладают в то же время фантастически огромной прочностью на раз­рыв и многими другими необычными свойствами. Именно они в совокупности и создают, возможно, пресловутую «темную» материю, которая составляет примерно девять десятых всей массы Вселенной.

В этой связи уместно напомнить, что еще советский акаде­мик Я.Б. Зельдович в свое время пришел к понима­нию того, что в мире существуют нити (названные им космическими), которые имеют в поперечнике около 1037 см и колоссальную длину, соответствую­щую диаметру Вселенной. Они возникли в первые мгновения Большого взрыва, замкнувшись на про­тивоположных краях Вселенной и увеличиваясь в длине по мере расширения ее пространства. Каждая струна способна изгибаться, перехлестываться сама с собой, обрываться, порождая при этом замкнутые топологические фигуры. Имея огромную массу, эти невидимые «ниточки» сильнейшим образом искрив­ляют пространство со всеми вытекающими отсюда глобальными последствиями.

Подобные представления - не плод фантазии. За ними стоят весьма серьезные исследования, гро­мадный интеллектуальный труд и замечательные творческие озарения большого числа талантливых ученых, очень глубокая физика и математика. Кроме того, они обладают высокой красотой и симметрией (в физическом смысле), т. е. соответствуют тому критерию, который стал главным эвристическим принципом современного естествознания. Наконец, эти идеи просто «достаточно безумны, чтобы быть правдоподобными», как считают многие физики-теоретики.

Струнные концепции обещают новую революцию в естествознании. Общая теория относительности и квантовая механика, существуя и развиваясь независимо друг от друга, очень долго не могли найти общий язык для взаимного понимания и плодотвор­ного сотрудничества. Теперь же появляются опреде­ленные надежды на примирение этих двух фундаментальных теорий в рамках одной, еще более уни­версальной парадигмы. Именно теория струн наде­ется окончательно объединить все силы природы, стать способной привести, наконец, все известные физические взаимодействия (электромагнитное, сильное, слабое и гравитационное) к общетеорети­ческому знаменателю, выработать новые представ­ления о пространстве и времени, разрешить важные загадки квантовой гравитации и космологии, соз­дать «единую теорию поля». С помощью теории струн, которая превосходно согласуется с выдвину­той ранее идеей Калуцы - Клейна о многомерности пространственно-временного континуума, предпо­лагается не только вывести все фундаментальные свойства нашего мира, но и выйти за его пределы.

Будущее покажет, насколько оправдаются надеж­ды, связанные с теорией струн. Однако нет сомне­ния в том, что текстуральная концепция жизни весьма соответствует этой «безумной» идее и может рассматриваться даже как ее вещественное дополне­ние и подкрепление с биологического фланга. Весь наш мир - это подвижная, сотканная из нитей энер­гетическая ткань, в которую органически вплетены нити земной белково-нуклеиновой жизни, пред­ставляющие собой в одних местах филигранную вязь, а в других переплетенные лианами непрохо­димые джунгли.