Систематизированная систематическая система

Как известно тем немногим, кто по-прежнему интересуется теологией, существует всего пять признаваемых официальной церковной наукой доказательств бытия божьего; шестое доказательство, сконструированное И. Кантом, церковь отвергла (как правильно предупреждал философа за завтраком булгаковский Воланд: "Над вами смеяться будут"). Все эти доказательства, однако, весьма трудны для восприятия, и, например, в английских нравоучительных романах XVIII-XIX веков скромный сельский священник обычно пытается убедить свою паству в божественности происхождения всего сущего, приводя один-единственный, но зато весомый довод: окружающая нас живая природа представляет собой настолько сложную систему, что сама ее сложность может служить иллюстрацией, а иногда даже доказательством божественного умысла. Ведь и вправду, трудно поверить, чтобы все эти тычинки, пестики, когти, крылья, жабры и прочие тысячи органов растений и животных образовались, а главное, функционировали согласованно самопроизвольно, а не по точному плану, составленному Создателем. А уж если бы следящему за развитием биологической науки священнику из английской глубинки стали известны выводы современной молекулярной биологии, то успех его проповедей был бы еще более полным.

Действительно: в одной-единственной клетке - элементарной частичке живого организма можно насчитать десятки тысяч элементов, взаимодействующих друг с другом весьма разнообразными способами. Здесь и ферменты и нуклеиновые кислоты, и гистоны, и витамины и... ) еще очень много различных непонятных названий обрушилось бы на ошарашенного читателя, если бы он случай но открыл простейший учебник биохимии. Эта наука, биологическая химия, как раз и изучает всевозможные взаимодействия и химические реакции между ферментами нуклеиновыми кислотами и прочим - короче, между молекулами химических соединений, присутствующими в клетке.

Наука...

А поскольку существует огромное количество типов и разновидностей таких молекул (десятки тысяч - это минимальная оценка), то понятно, что даже приблизительныe биохимические схемы, показывающие, как из молекулы А получается молекула Б, расползаются до размеров стендовых топографических карт генерального штаба: ведь в процессе "из А - в Б" участвуют обычно еще две-три сотни различных веществ. И подобно тому, как квадратик дивизии на карте генерального штаба превращается в сложный узор пятен, связанных запутанной паутиной стрелок и линий на карте командира дивизии, схемы химических превращений молекул в организме все больше и больше усложняются с дальнейшим развитием биохимии. Очень часто оказывается, скажем, что вещество М, которое, как ранее предполагалось, замешано в превращении А → Б, на самом деле не однородное химическое соединение, а целый набор молекул от М₁ до М_n, каждая из которых играет свою, причем незаменимую, роль в упомянутом превращении.

В этом, кстати говоря, и состоит прогресс биохимии: открыть еще один тип веществ, необходимых клетке для нормальной жизнедеятельности, проследить еще один возможный путь перестройки молекулы А в молекулу Б или уточнить детали на уже известном пути. Что же касается темпов прогресса биохимии, то, пожалуй, лучше всех их могут оценить на своем горьком опыте студенты: если лет десять назад хороший вузовский учебник хоть и насчитывал страниц восемьсот, но все же вмещался в один том, то сегодня это минимум трехтомник.

Таким образом, с точки зрения биохимии клетка представляет собой очень сложную систему взаимодействующих молекул. А если заглянуть еще глубже? Молекулы, как известно, состоят из атомов, атомы - из элементарных частиц, те - из кварков, и ни один здравомыслящий физик не поручится, что это - последняя ступень, ведущая в глубь материи. А раз так, то не может быть, чтобы эти фундаментальные уровни строения материи не сказались в биохимических системах, - и вот уже вполне солидные ученые начинают пытаться объяснить загадку биополя электронными перестройками внутри белковых молекул или искать тайну жизни в особых свойствах элементарных частиц, входящих в состав молекул, находящихся внутри клетки.

К сожалению, мы не можем разделить эту заманчивую точку зрения, и не только потому, что ни разу не встречались с убедительным доказательством существования биополя. Просто обширный опыт исследований реконструированных, изъятых из живой клетки биохимических систем показывает, что никаких других взаимодействий, кроме обычных химических, в этих системах не реализуется. А ведь химия - это в каком-то смысле физика молекул, и, следовательно, именно изучением молекул и взаимоотношений между ними и ограничивается задача биохимии (в основном: если быть более точными, придется вспомнить и ионы, и радикалы, и даже иногда отдельные электроны).

Здесь уместно небольшое отступление, которое с виду похоже начисто терминологическое. Спрашивается, каким единым, причем кратким термином обозначить все молекулы, принимающие участие в жизненных процессах? В научной практике, как отечественной, так и зарубежной, для этого пользуются словосочетанием "биологические молекулы". Однако из предыдущего абзаца следует, что никаких особых биологических молекул не существует, это обычные химические соединения, свойства которых одинаковы как внутри клетки, так и вне ее. Соединение, полученное химическим синтезом в колбе или пробирке, ничем не отличается от такого же соединения, произведенного самой клеткой биосинтетическим путем.

Тем не менее биологические молекулы все же отличаются от своих химико-синтетических двойников и отличаются именно тем, что произведены внутри клетки. Никакого противоречия со сказанным выше это утверждение не содержит: да, свойства одинаковых химических соединений будут совершенно одинаковы, но вопрос о возникновении таких, а не других свойств у данного соединения правомерен лишь в отношении биологической молекулы, ибо ее химическая структура отбиралась долгими веками эволюции и, значит, является до известной степени отражением этого сугубо биологического процесса.

Итак, клетка - повторим еще раз - есть совокупность огромного числа различных биологических молекул, вступающих друг с другом в самые разнообразные отношения; естественно, что уровень сложности этих отношений трудно себе даже представить. Напрашивающееся сравнение с какой-нибудь технической или технологической системой здесь не годится: при всем уважении к заводу заводов "Уралмашу", конструкторским бюро космических кораблей или очередному гиганту по производству минеральных удобрений надо сказать, что они значительно уступают биохимической фабрике-клетке как по количеству "участников производства", так и по "номенклатуре продукции" и особенно по уровню "организации производства", ибо в нормальных условиях каждая клетка и организм в целом действуют с надежностью, удивительной для систем такой колоссальной сложности.

Впрочем, о надежности мы еще вспомним" А сейчас речь пойдет вот о чем: совершенно очевидно, что чуть ли не самым главным для нормального функционирования биохимической системы организма является чрезвычайно четкое регулирование и управление всеми ее действиями. Описанный выше многотысячный биохимический оркестр (употребим и это сравнение) должен уметь играть свою мелодию с точностью до одной тридцать второй доли ноты. Иначе всемогущий второй закон термодинамики сделает свое черное дело и наступит какофония, хаос, развал со всеми вытекающими последствиями. Но коль скоро развала не происходит на протяжении десятков лет - значит, у биохимического оркестра есть дирижеры, есть что-то, что управляет и регулирует все взаимоотношения биологических молекул.

Вот мы и вернулись к симпатичному сельскому священнику. "Не что-то, а Кто-то!" - воскликнул бы он в восторге от столь блестящего подкрепления своих незыблемых убеждений. Увы, нам, людям, живущим на исходе XX века, уже не дано разделять его наивные восторги. Беда в том, что как раз в нашем веке сформировалась новая наука об управлении системами - кибернетика - и один из ее основных законов гласит: всякая система, достигнув определенного уровня сложности, начинает саморегулироваться. "Само-", а значит, патриархальному представлению о всеведущем Дирижере нужно сходить со сцены.

Кибернетика подсказывает даже, как именно происходит регуляция системы: с помощью механизма обратной связи. Предположим, что для нормальной работы системы величина А, зависящая от величины В и воздействующая на величину Б, должна находиться на вполне определенном уровне. Если по каким-то причинам уровень величины А изменяется, это сразу же сказывается на уровне величины Б. Но величина Б, оказывается, связана с В (в этом и состоит обратная связь), и поэтому уровень В также изменяется, что, в силу влияния В на А, возвращает уровень А к норме.

Предыдущий абзац получился хоть и правильным, но слишком сухим: поэтому подкрепим его примером. Пусть наша система - это большой двор многоэтажного дома, где весело играют мальчики и девочки. Среди них и девочка Аня (величина А), которая нет-нет да и оглядывается в сторону подъезда, где живет мальчик Вова (величина В).

Мальчик Вова почему-то невзлюбил девочку Аню, в как только он появляется во дворе, девочке приходится уходить, чтобы Вова не устроил ей какую-нибудь неприятность.

Но, по счастью, у девочки Ани есть старший брат Боря (величина Б), и когда, прибежав домой, она жалуется брату, Боря выходит во двор и мальчику Вове приходится вновь возвращаться в подъезд. Девочка Аня снова может беззаботно играть во дворе.

Конечно, в реальных системах цепочка обратной связи не такая упрощенная "трехчленная", а состоит из множества звеньев и к тому же зачастую разветвляется. (В качестве иллюстрации желающим рекомендуется прочесть отличный рассказ латышского писателя А. Упита "Причины и следствия".) Но общий принцип остается таким же, а говоря о биохимических системах, можно, кроме того, заменить несколько абстрактный термин "уровень величины А" вполне конкретным: "концентрация вещества А". Ибо в биохимических системах - от клетки до организма - существуют особые типы веществ (их так и называют - биорегуляторы), основная задача которых состоит в управлении всеми жизненными процессами, причем схема регулирования заключается в пере- или недопроизводстве биорегулятора в ответ на происходящие в системе изменения. Справедливости ради следует отметить, что существует еще и регуляция систем организма с помощью нервных импульсов, но этот способ управления находится вне круга вопросов, рассматриваемых в настоящей книге: нас будут интересовать исключительно биорегуляторы-молекулы.

Далеко не каждый вид биологических молекул годится на ответственную роль биорегулятора: из нескольких тысяч можно, пожалуй, перечислить несколько десятков (среди них и предмет нашего особого интереса - пептидные молекулы). Но именно эти немногие избранные и являются подлинными дирижерами великого биохимического оркестра, заставляющими изначальный хаос взаимных молекулярных превращений стать строго упорядоченным элементом живого, к которому вполне приложимо бессмертное определение Я. Гашека: "Систематизированная систематическая система".