лярном уровне система регуляторных пептидов выполняет ту же роль, которую мозг выполняет на уровне целого организма.

Особенностью монографии является акцентирование роли системы водородных связей между пептидами и связанной водой. По-видимому, эти связи имеют особое значение в передаче молекулярной информации на клеточном и межклеточном уровне. Очевидно стремление авторов привлечь

6

внимание специалистов в области биофизики, физики и физики элементарных частиц к решению рассматриваемой проблемы, поскольку трансляция молекулярной информации по системе водородных связей должна быть основана на свойствах, присущих протонам как элементарным частицам.

Академик РАМН И. П. Ашмарин

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время детально изучены строение, надмолекулярные структуры и функции наиболее важных компонентов живых клеток (пептидов, белков, углеводов, липидов и нуклеиновых кислот); установлена роль неорганических веществ в процессах клеточной физиологии; детально изучена взаимосвязь генетического кодирования и биосинтеза белков; подробно изучаются молекулярные механизмы клеточной пролиферации, дифференцировки и апоптоза; иными словами, уже сформирован научный базис для понимания феномена жизни.

Во многом развитие многочисленных областей биологии, биохимии и генетики определяется медицинскими задачами, в частности такими как заместительная терапия при гормональной или ферментной недостаточности; повышение иммунного потенциала организма в условиях вирусной или микробной инфекции либо стресса; лечение генетических заболеваний. В то же время накоплен обширный материал, свидетельствующий о существовании внутренних резервов организма для преодоления неблагоприятных внешних воздействий и выхода из патологических состояний. Поэтому современная медицина особое внимание уделяет изучению феномена гомеостаза1 на всех структурных уровнях живой материи — на уровне клетки, органа и организма. Живая система удивительным образом способна привести себя в соответствие с изменениями внешней среды и при этом сохранить постоянство своей

1 Гомеостаз — поддержание и восстановление внутренней среды организма при возникновении изменений, обусловленных внешними и внутренними воздействиями. Гомеостаз обеспечивается координированной деятельностью механизмов саморегуляции на молекулярном, субклеточном, тканевом и системном уровнях (Гальперин, Лазарев, 1986).

8

внутренней среды и основных функций, т. е. она обладает саморегуляцией.

Термин «саморегуляция» многозначен и включает в себя, в частности, понятие прямой и обратной связи системы с внешней средой посредством совокупности определенных сигналов. Например, саморегуляция в автоматических системах управления, в экономике и кибернетике осуществляется в соответствии с программой, изменение которой производится программистом извне. Внешняя программа работает надежно до тех пор, пока адекватно предусмотрено изменение внешних условий. Саморегуляция в биологических системах обеспечивается эндогенными корректировками программы (в том числе генетической) в соответствии с полученной информацией об изменениях внешней среды. Такие проблемы, как преобразование этих изменений в сигналы, восприятие сигналов и формирование адекватных реакций организма, исследуются методами биофизики, биохимии, физиологии и медицины. Однако эти науки не дают представления о механизмах согласования разнообразных функций и реакций целостного живого организма на разных уровнях организации.

В отличие от технических (искусственных) систем все процессы развития в биологических системах принципиально необратимы, характеризуются определенным направлением «от простого к сложному» и используют механизм самовоспроизведения для закрепления структур и функций, достигнутых на каждом этапе эволюции. Ранее было выдвинуто предположение, что «прогрессивная эволюция организмов строится на некоторых общих принципах: полимеризации, т. е. увеличении числа однородных компонентов; дифференциации, т. е. разнообразной специализации этих компонентов; интеграции, т. е. согласовании и объединении их функций в целостной организации». И далее: «...объединение линейной структуры нуклеиновых кислот с белковыми телами и поддержание подвижного равновесия в сравнительно устойчивой системе означало, очевидно, возникновение нового качества — возможности самовоспроизведения как основы жизненных процессов. Только таким путем всегда создавалось множество сходных индивидуальностей, послуживших материалом для отбора быстрее нарастающих, более устойчивых систем с более точным механизмом самовоспроизведения. Это и лежит в основе возникновения и эволюции живых существ. Вместе с тем уже в самых элементарных жизненных процессах проявляется и наличие ре-

9

гуляторных механизмов, поддерживающих состояние подвижного равновесия даже у наиболее простых живых существ. Простейшим регуляторным механизмом является механизм обратимых химических реакций. Их действие можно себе представить в виде замкнутого цикла процессов синтеза, распада и ресинтеза» (Шмальгаузен, 1961. С. 106). Количественное подтверждение этой биологической- концепции появилось позднее, в 70-х годах.

Вторая половина XX столетия характеризуется исключительной интенсивностью развития теоретических направлений точных наук. И в первую очередь был решен вопрос об их точности. Теория познания унаследовала от XIX в. догмат о роли наблюдения в науке: считалось, что действия наблюдателя не изменяют хода событий. Развитие атомной и квантовой физики в XX в. показало, что всякое наблюдение представляет собой то или иное возмущение и воздействует на ход событий. Поэтому о большинстве явлений и процессов в области атомных и молекулярных размеров мы можем судить лишь с некоторой вероятностью. «В науке о жизни быстро устанавливается тот факт, что любое наблюдение возмущает наблюдаемый объект и что внешний мир не способен сохранить неизменной объективную структуру» (Бриллюэн, 1966. С. 83). Нужно отметить, что врачи и физиологи издавна придерживаются такой точки зрения.

Вопросам самоорганизации живых эволюционирующих систем посвящен ряд фундаментальных работ (Эйген, Шустер, 1982; Кеплен, Эссиг, 1986). Почти полвека развивается термодинамика неравновесных систем, основанная И. При-гожиным. Работами его школы определены условия возникновения упорядоченности и самоорганизации в открытых системах, обменивающихся веществом и энергией с окружающей средой. Изучение периодических реакций в химии привело этих исследователей к рассмотрению эволюции макромолекул (Эйген, Шустер, 1982). Им удалось проанализировать циклические процессы в явлениях катаболизма и создать математическую модель работы Lac-оперона. Таким образом, был намечен путь анализа регуляторных процессов в биологически возбудимых средах, путь к установлению иерархии динамических структур на клеточном уровне (Кеплен, Эссиг, 1986).

В то же время в области математической физики сформировалась теория нелинейных колебаний и уединенных волн (солитонов), которая была предложена для моделирования ряда биологических функций (Ф