В конце весны 1906 года Александр Гаврилович Гурвич, в свои тридцать с небольшим уже известный учёный, демобилизовался из армии. Во время войны с Японией он служил лекарем в тыловом полку, дислоцированном в Чернигове. (Именно там Гурвич, по его собственным словам, «спасаясь от вынужденного безделья», писал и иллюстрировал «Атлас и очерк эмбриологии позвоночных», который в последующие три года был издан на трёх языках). Теперь он уезжает с молодой супругой и маленькой дочкой на всё лето в Ростов Великий — к родителям жены. У него нет работы, и он ещё не знает, останется ли в России или вновь поедет за границу.

Позади медицинский факультет Мюнхенского университета, защита диссертации, Страсбург и Бернский университет. Молодой русский учёный уже знаком со многими европейскими биологами, его эксперименты высоко оценивают Ганс Дриш и Вильгельм Ру. И вот — три месяца полной оторванности от научной работы и контактов с коллегами.

В это лето А.Г. Гурвич размышляет над вопросом, который сам он формулировал так: «Что значит, что я называю себя биологом, и что, собственно, я хочу знать?» Тогда, рассматривая детально изученный и проиллюстрированный процесс сперматогенеза, он приходит к выводу, что сущность проявления живого состоит в связях между отдельными событиями, которые происходят синхронно. Это и определило его «угол зрения» в биологии.

Печатное наследие А.Г. Гурвича — более чем 150 научных работ. Большинство из них издано на немецком, французском и английском языках, которыми владел Александр Гаврилович. Работы его оставили яркий след в эмбриологии, цитологии, гистологии, гистофизиологии, общей биологии. Но пожалуй, правильно будет сказать, что «главным направлением его творческой деятельности была философия биологии» (из книги «Александр Гаврилович Гурвич. (1874-1954)». М.: Наука, 1970).
1892 год: А.Г. Гурвичу 18 лет
1892 год: А.Г. Гурвичу 18 лет

А.Г. Гурвич в 1912 году первым ввёл в биологию понятие «поле». Развитие концепции биологического поля было основной темой его творчества и длилось не одно десятилетие. За это время воззрения Гурвича на природу биологического поля претерпели глубокие изменения, однако всегда речь шла о поле как о едином факторе, определяющем направленность и упорядоченность биологических процессов.

Излишне говорить о том, какая печальная судьба ожидала эту концепцию в последующие полвека. Появилось множество спекуляций, авторы которых утверждали, что постигли физическую природу так называемого «биополя», кто-то тут же брался лечить людей. Некоторые ссылались на А.Г. Гурвича, нимало не утруждая себя попытками вникнуть в смысл его работ. Большинство о Гурвиче не знали и, к счастью, не ссылались, поскольку ни к самому термину «биополе», ни к разного рода объяснениям его действия А.Г. Гурвич отношения не имеет. Тем не менее сегодня слова «биологическое поле» вызывают нескрываемый скепсис у образованных собеседников. Одна из целей данной статьи — рассказать читателям «Химии и жизни» настоящую историю идеи биологического поля в науке.
Что движет клетками

А.Г. Гурвича не удовлетворяло состояние теоретической биологии начала XX века. Его не привлекали возможности формальной генетики, поскольку он сознавал, что проблема «передачи наследственности» коренным образом отличается от проблемы «осуществления» признаков в организме.

Может быть, главнейшая задача биологии и по сей день — поиски ответа на «детский» вопрос: каким образом из микроскопического шарика единственной клетки возникают живые существа во всём их разнообразии? Почему делящиеся клетки образуют не бесформенные комья-колонии, а сложные и совершенные структуры органов и тканей? В механике развития того времени был принят каузально-аналитический подход, предложенный В. Ру: развитие зародыша детерминируется множеством жёстких причинно-следственных связей. Но этот подход не согласовывался с результатами опытов Г. Дриша, доказавшего, что экспериментально вызванные резкие отклонения могут и не помешать благополучному развитию. При этом отдельные части организма формируются вовсе не из тех структур, что в норме, — но формируются! Точно так же в собственных опытах Гурвича даже при интенсивном центрифугировании яиц амфибий, нарушающем их видимую структуру, дальнейшее развитие происходило эквифинально — то есть завершалось так же, как и у неповрежденных яиц.
схематические изображения клеточных пластов в нервной трубке зародыша акулы
Рис. 1 На рисунках А.Г. Гурвича из работы 1914 года — схематические изображения клеточных пластов в нервной трубке зародыша акулы. 1 — исходная конфигурация пласта (А), последующая конфигурация (В) (жирная линия — наблюдаемая форма, штриховая — предполагаемая), 2 — исходная (С) и наблюдаемая конфигурации (D), 3 — исходная (Е), предсказанная (F). Перпендикулярными линиями показаны длинные оси клеток — «если построить кривую, перпендикулярную клеточным осям в данный момент развития, видно, что она совпадет с контуром более поздней стадии развития данного участка»

А.Г. Гурвич провёл статистическое исследование митозов (клеточных делений) в симметричных частях развивающегося зародыша или отдельных органов и обосновал понятие «нормирующего фактора», из которого впоследствии выросла концепция поля. Гурвич установил, что единый фактор контролирует общую картину распределения митозов в частях зародыша, вовсе не определяя точное время и местоположение каждого из них. Несомненно, предпосылка теории поля содержалась ещё в знаменитой формуле Дриша «проспективная судьба элемента определяется его положением в целом». Соединение этой идеи с принципом нормировки приводит Гурвича к пониманию упорядоченности в живом как «соподчинения» элементов единому целому — в противоположность их «взаимодействию». В работе «Наследственность как процесс осуществления» (1912) он впервые развивает представление об эмбриональном поле — морфе. По сути, это было предложение разорвать порочный круг: объяснить возникновение неоднородности среди изначально однородных элементов как функцию положения элемента в пространственных координатах целого.

После этого Гурвич начал искать формулировку закона, описывающего перемещение клеток в процессе морфогенеза. Он установил, что при развитии головного мозга у зародышей акулы «длинные оси клеток внутреннего слоя нейрального эпителия ориентировались в каждый данный момент времени не перпендикулярно к поверхности пласта, а под некоторым (15-20') углом к ней. Ориентация углов закономерна: если построить кривую, перпендикулярную клеточным осям в данный момент развития, видно, что она совпадет с контуром более поздней стадии развития данного участка» (рис. 1). Казалось, что клетки «знают», куда им наклоняться, куда тянуться, чтобы построить нужную форму.

Чтобы объяснить эти наблюдения, А.Г. Гурвич ввёл понятие «силовой поверхности», совпадающей с контуром окончательной поверхности зачатка и направляющей движение клеток. Однако Гурвич сам сознавал несовершенство этой гипотезы. Помимо сложности математической формы, его не удовлетворяла «телеологичность» концепции (она как бы подчиняла движение клеток ещё не существующей, будущей форме). В последующей работе «О понятии эмбриональных полей» (1922) «окончательная конфигурация зачатка рассматривается не как притягивающая силовая поверхность, а как эквипотенциальная поверхность поля, исходящего от точечных источников». В этой же работе впервые вводится понятие «морфогенетическое поле».
Вопрос был поставлен Гурвичем настолько широко и исчерпывающе, что любая теория морфогенеза, которая может возникнуть впредь, будет, по существу, лишь ещё одной разновидностью теории поля.
Л.В. Белоусов, 1970
Биогенный ультрафиолет

«Основы и корни проблемы митогенеза были заложены в моём никогда не ослабевающем интересе к чудесному феномену кариокинеза (так ещё в середине прошлого века называли митоз. — Примеч. ред.)», — писал А.Г. Гурвич в 1941 году в автобиографических записках. «Митогенез» — рабочий термин, родившийся в лаборатории Гурвича и довольно скоро вошедший в общее употребление, равнозначен понятию «митогенетическое излучение» — очень слабое ультрафиолетовое излучение животных и растительных тканей, стимулирующее процесс клеточного деления (митоз).

А.Г. Гурвич пришёл к тому, что необходимо рассматривать митозы в живом объекте не как единичные события, а в совокупности, как нечто координированное — будь то строго организованные митозы первых фаз дробления яйцеклетки или кажущиеся случайными митозы в тканях взрослого животного или растения. Гурвич полагал, что только признание целостности организма позволит объединить процессы молекулярного и клеточного уровней с топографическими особенностями распределения митозов.

С начала 20-х годов А.Г. Гурвич рассматривал различные возможности внешних влияний, стимулирующих митоз. В поле его зрения была и концепция растительных гормонов, развиваемая в то время немецким ботаником Г. Габерландтом. (Он накладывал на растительную ткань кашицу из растёртых клеток и наблюдал, как клетки ткани начинают активнее делиться.) Но было непонятно, почему химический сигнал не действует на все клетки одинаково, почему, скажем, мелкие клетки делятся чаще крупных. Гурвич предположил, что всё дело в структуре поверхности клеток: возможно, у молодых клеток элементы поверхности организованы особым образом, благоприятным для восприятия сигналов, а по мере роста клетки эта организация нарушается. (Представления о рецепторах гормонов тогда ещё, разумеется, не было.)

Однако если это предположение верно и для восприятия сигнала важно пространственное распределение каких-то элементов, напрашивалось предположение, что сигнал может иметь не химическую, а физическую природу: скажем, излучение, воздействующее на какие-то структуры клеточной поверхности, резонансно. Эти соображения в конечном счёте были подтверждены в эксперименте, ставшем впоследствии широко известным.
Рисунок экспериментальной установки
Рис. 2 Индукция митозов в кончике лукового корешка (рисунок из работы «Das Problem der Zellteilung physiologisch betrachtet», Berlin, 1926). Объяснения в тексте

Вот описание этого эксперимента, который был выполнен в 1923 году в Крымском университете. «Излучающий корешок (индуктор), соединённый с луковицей, укрепляли горизонтально, и его кончик направляли на меристемную зону (то есть на зону клеточного размножения, в данном случае также расположенную вблизи кончика корня. — Примеч. ред.) второго аналогичного корешка (детектора), закреплённого вертикально. Расстояние между корешками равнялось 2-3 мм» (рис. 2). По окончании экспозиции воспринимавший корешок точно маркировали, фиксировали и нарезали на серию продольных срезов, идущих параллельно медиальной плоскости. Срезы изучали под микроскопом и подсчитывали количество митозов на облучённой и контрольной стороне.

В то время уже было известно, что расхождение между количеством митозов (обычно их бывает 1000-2000) в обоих половинах кончика корешка в норме не превышает 3-5%. Таким образом, «значительный, систематический, резко ограниченный перевес в числе митозов» в центральной зоне воспринимающего корешка — а именно это увидели исследователи на срезах — неоспоримо свидетельствовал о воздействии внешнего фактора. Нечто исходящее из кончика корня-индуктора заставляло активнее делиться клетки корня-детектора (рис. 3).

Дальнейшие исследования ясно показали, что речь идёт именно об излучении, а не о летучих химических веществах. Воздействие распространялось в виде узкого параллельного пучка — стоило слегка отклонить в сторону индуцирующий корешок, эффект пропадал. Пропадал он также, когда между корешками помещали стеклянную пластинку. А вот если пластинка была из кварца, эффект сохранялся! Это подсказывало, что излучение было ультрафиолетовым. Позже его спектральные границы установили более точно — 190-330 нм, а среднюю интенсивность оценили на уровне 300-1000 фотонов/с на квадратный сантиметр. Иначе говоря, митогенетическое излучение, открытое Гурвичем, представляло собой средний и ближний ультрафиолет чрезвычайно низкой интенсивности. (По современным данным, интенсивность ещё ниже — она составляет порядка десятков фотонов/с на квадратный сантиметр.)
Графическое изображение эффектов четырёх опытов
Рис. 3 Графическое изображение эффектов четырёх опытов. Положительное направление (над осью абсцисс) означает перевес митозов на облучённой стороне

Естественный вопрос: а как же ультрафиолет солнечного спектра, действует ли он на деление клеток? В экспериментах такое воздействие исключалось: в книге А.Г. Гурвича и Л.Д. Гурвич «Митогенетическое излучение» (М., Медгиз, 1945), в разделе методических рекомендаций, ясно указано, что окна при проведении опытов должны быть закрыты, в лабораториях не должно быть открытого огня и источников электрической искры. Кроме того, опыты обязательно сопровождались контролями. Впрочем, надо заметить, что интенсивность солнечного УФ существенно выше, поэтому его действие на живые объекты в природе, скорее всего, должно быть совершенно иным.

Работы по этой теме стали ещё более интенсивными после перехода А.Г. Гурвича в 1925 г. в Московский университет — его единогласно избрали заведующим кафедрой гистологии и эмбриологии медицинского факультета. Митогенетическое излучение было обнаружено у дрожжевых и бактериальных клеток, дробящихся яиц морских ежей и амфибий, культур тканей, клеток злокачественных опухолей, нервной (в том числе у изолированных аксонов) и мышечной систем, крови здоровых организмов. Как видно из перечисления, излучали и неделящиеся ткани — запомним этот факт.

Нарушения развития личинок морских ежей, находившихся в герметичных кварцевых сосудах, под действием длительного митогенетического излучения бактериальных культур в 30-е годы XX века изучали Дж и М. Магру в Институте Пастера. (Сегодня подобные исследования с зародышами рыб и амфибий проводит на биофаке МГУ А.Б. Бурлаков.)

Ещё один важный вопрос, который поставили перед собой исследователи в те же годы: как далеко распространяется действие излучения в живой ткани? Читатель помнит, что в эксперименте с корешками лука наблюдался локальный эффект. Существует ли, кроме него, ещё и дальнодействие? Чтобы установить это, проводили модельные эксперименты: при локальном облучении длинных трубок, заполненных растворами глюкозы, пептона, нуклеиновых кислот и других биомолекул, излучение распространялось по трубке. Скорость распространения так называемого вторичного излучения составляла порядка 30 м/с, что подтвердило предположение о лучисто-химической природе процесса. (Говоря современным языком, биомолекулы, поглощая УФ-фотоны, флуоресцировали, испуская фотон с большей длиной волны. Фотоны, в свою очередь, давали начало последующим химическим преобразованиям.) Действительно, в некоторых опытах наблюдалось распространение излучения и по всей длине биологического объекта (например, в длинных корешках того же лука).

Гурвич с сотрудниками также показали, что сильно ослабленное ультрафиолетовое излучение физического источника так же способствует делению клеток в корешках лука, как и биологический индуктор.
Наша формулировка основного свойства биологического поля не представляет по своему содержанию никаких аналогий с известными в физике полями (хотя, конечно, и не противоречит им).
А.Г. Гурвич. Принципы аналитической биологии и теории клеточных полей
Дирижируют фотоны

Откуда же берется УФ-излучение в живой клетке? А.Г. Гурвич и сотрудники в своих экспериментах регистрировали спектры ферментативных и простых неорганических окислительно-восстановительных реакций. Какое-то время оставался открытым вопрос об источниках митогенетического излучения. Но в 1933 году, после опубликования гипотезы фотохимика В. Франкенбургера, ситуация с происхождением внутриклеточных фотонов прояснилась. Франкенбургер полагал источником появления высокоэнергетических ультрафиолетовых квантов редкие акты рекомбинации свободных радикалов, происходящие при химических и биохимических процессах и в силу своей редкости не сказывающиеся на общем энергетическом балансе реакций.

Энергия, высвобождающаяся при рекомбинации радикалов, поглощается молекулами субстрата и высвечивается с характерным для этих молекул спектром. Эта схема была уточнена Н.Н. Семёновым (будущим нобелевским лауреатом) и в таком виде вошла во все последующие статьи и монографии по митогенезу. Современное изучение хемилюминесценции живых систем подтвердило правильность этих взглядов, которые сегодня являются общепринятыми. Вот только один пример: флуоресцентные исследования белков.

Разумеется, в белке поглощают разнообразные химические связи, в том числе пептидная — в среднем ультрафиолете (наиболее интенсивно — 190-220 нм). Но для флуоресцентных исследований актуальны ароматические аминокислоты, особенно триптофан. Он имеет максимум поглощения при 280 нм, фенилаланин — при 254 нм и тирозин — при 274 нм. Поглощая ультрафиолетовые кванты, эти аминокислоты высвечивают их потом в виде вторичного излучения — естественно, с большей длиной волны, со спектром, характерным для данного состояния белка. При этом если в белке присутствует хотя бы один остаток триптофана, то флуоресцировать будет лишь он — энергия, поглощенная остатками тирозина и фенилаланина, перераспределяется к нему. Флуоресцентный спектр остатка триптофана сильно зависит от окружения — находится ли остаток, скажем, вблизи поверхности глобулы или внутри и т.п., и варьирует этот спектр в полосе 310-340 нм.

А.Г. Гурвичем с сотрудниками в модельных опытах по синтезу пептидов было показано, что цепные процессы с участием фотонов могут приводить к расщеплению (фотодиссоциация) или синтезу (фотосинтез). Реакции фотодиссоциаций сопровождаются излучением, тогда как процессы фотосинтеза не излучают.

Теперь становилось понятно, почему излучают все клетки, однако во время митоза — особенно сильно. Процесс митоза требует больших энергетических затрат. Причем если в растущей клетке накопление и расходование энергии идёт параллельно с ассимилятивными процессами, то при митозе энергия, запасённая клеткой в интерфазе, только расходуется. Происходит распад сложных внутриклеточных структур (например, оболочки ядра) и энергозатратное обратимое созидание новых — к примеру, суперспирали хроматина.

А.Г. Гурвич и его сотрудники проводили также работы по регистрации митогенетического излучения с помощью счётчиков фотонов. Кроме лаборатории Гурвича в ленинградском ИЭМ эти исследования также в Ленинграде, в Физтехе у А.Ф. Иоффе, вели Г.М. Франк совместно с физиками Ю.Б. Харитоном и С.Ф. Родионовым.

На Западе регистрацией митогенетического излучения с помощью фотоэлектронных умножителей занимались такие крупные специалисты, как Б. Раевский и Р. Одюбер. Следует вспомнить и Г. Барта, ученика известного физика В. Герлаха (основателя количественного спектрального анализа). Барт проработал два года в лаборатории А.Г. Гурвича и продолжил свои исследования в Германии. Он получил достоверные положительные результаты, работая с биологическими и химическими источниками, а кроме того, внёс важный вклад в методологию регистрации сверхслабых излучений. Барт проводил предварительную калибровку чувствительности и отбор фотоумножителей. Сегодня эта процедура — обязательная и рутинная для каждого, кто занимается измерением слабых световых потоков. Однако именно игнорирование этого и некоторых других необходимых требований не позволило ряду довоенных исследователей получить убедительные результаты.

В наши дни впечатляющие данные по регистрации сверхслабых излучений от биологических источников получены в Международном институте биофизики (Германия) под руководством Ф. Поппа. Впрочем, некоторые его оппоненты относятся к этим работам скептически. Они склонны считать, что биофотоны суть побочные продукты обмена веществ, своего рода световой шум, не имеющий биологического смысла. «Испускание света — это абсолютно естественное и само собой разумеющееся явление, сопровождающее многие химические реакции», — подчеркивает физик Райнер Ульбрих из Геттингенского университета. Биолог Гюнтер Роте так оценивает ситуацию: «Биофотоны существуют вне всяких сомнений — сегодня это однозначно подтверждается высокочувствительными приборами, которыми располагает современная физика. Что касается интерпретации Поппа (речь идёт о том, что хромосомы якобы излучают когерентные фотоны. — Примеч. ред.), то это красивая гипотеза, но предложенное экспериментальное подтверждение пока совершенно недостаточно для того, чтобы признать её состоятельность. С другой стороны, надо принять во внимание, что добыть доказательства в данном случае весьма сложно, поскольку, во-первых, интенсивность этого фотонного излучения очень мала, а во-вторых, используемые в физике классические методы обнаружения лазерного света здесь трудноприменимы».
Среди биологических работ, которые публикуются из вашей страны, ничто так не привлекает внимание научного мира, как ваши работы.
Из письма Альбрехта Бете от 8.01.1930 к А.Г. Гурвичу
Управляемая неравновесность

О регуляционных явлениях в протоплазме А.Г. Гурвич начал размышлять после своих ранних опытов по центрифугированию оплодотворённых яиц амфибий и иглокожих. Почти через 30 лет, при осмысливании результатов митогенетических экспериментов, эта тема получила новый импульс. Гурвич убеждён, что структурный анализ материального субстрата (совокупности биомолекул), реагирующего на внешнее воздействие, вне зависимости от его функционального состояния, лишён смысла. А.Г. Гурвич формулирует физиологическую теорию протоплазмы. Её суть в том, что живые системы обладают специфическим молекулярным аппаратом накопления энергии, который принципиально неравновесен. В обобщенном виде — это фиксация представления о том, что приток энергии необходим организму не только для роста или выполнения работы, а прежде всего для поддержания того состояния, которое мы называем живым.

Исследователи обратили внимание, что вспышка митогенетического излучения обязательно наблюдалась при ограничении потока энергии, поддерживающего определённый уровень метаболизма живой системы. (Под «ограничением потока энергии» следует понимать понижение активности ферментативных систем, подавление разнообразных процессов трансмембранного транспорта, снижение уровня синтеза и потребления макроэргических соединений — т.е. любых процессов, обеспечивающих клетку энергией, — например, при обратимом охлаждении объекта или при слабом наркозе.) Гурвич сформулировал представление о чрезвычайно лабильных молекулярных образованиях, обладающих повышенным энергетическим потенциалом, неравновесных по своей природе и объединённых общей функцией. Он назвал их неравновесными молекулярными констелляциями (НМК).

А.Г. Гурвич полагал, что именно распад НМК, нарушение организации протоплазмы вызывает вспышку излучения. Здесь у него много общего с представлениями А. Сент-Дьерди о миграции энергии по общим энергетическим уровням белковых комплексов. Сходные идеи для обоснования природы «биофотонного» излучения сегодня высказывает Ф. Попп — мигрирующие области возбуждения он называет «поляритонами». С точки зрения физики ничего необычного здесь нет. (Какие из ныне известных внутриклеточных структур могли бы подойти на роль НМК в теории Гурвича — это интеллектуальное упражнение оставим читателю.)

Было также экспериментально показано, что излучение возникает и при механическом воздействии на субстрат — при центрифугировании или наложении слабого напряжения. Это позволяло говорить о том, что НМК обладают к тому же пространственной упорядоченностью, которая нарушалась и механическим влиянием, и ограничением притока энергии.

С первого взгляда заметно, что НМК, существование которых зависит от притока энергии, очень похожи на диссипативные структуры, возникающие в термодинамически неравновесных системах, которые были открыты нобелевским лауреатом И.Р. Пригожиным. Однако тот, кто изучал подобные структуры (например, реакцию Белоусова — Жаботинского), хорошо знает, что они не воспроизводятся абсолютно точно от опыта к опыту, хотя сохраняется их общий характер. К тому же они крайне чувствительны к малейшему изменению параметров химической реакции и внешним условиям. Всё это означает, что коль скоро живые объекты — тоже неравновесные образования, они не могут поддерживать уникальную динамическую стабильность своей организации лишь за счёт притока энергии. Необходим также единый упорядочивающий фактор системы. Этот фактор А.Г. Гурвич и назвал биологическим полем.

Источник поля Гурвич связывал с центром клетки, позже — с ядром, в конечном варианте теории — с хромосомами. По его мнению, поле зарождалось во время преобразований (синтеза) хроматина, причем участок хроматина мог стать источником поля, лишь находясь в поле соседнего участка, уже пребывающего в таком состоянии. Поле объекта в целом, согласно позднейшим представлениям Гурвича, существовало как сумма полей клеток.

В кратком изложении завершающий вариант теории биологического (клеточного) поля выглядит так. Поле имеет векторный, а не силовой характер. (Напоминаем: силовое поле — это область пространства, в каждой точке которого на помещённый в него пробный объект действует определённая сила; пример — электромагнитное поле. Векторное поле — область пространства, в каждой точке которой задан некий вектор, например векторы скоростей частиц в движущейся жидкости.) Под действие векторного поля попадают молекулы, пребывающие в возбуждённом состоянии и обладающие, таким образом, избытком энергии. Они приобретают новую ориентацию, деформируются или перемещаются в поле не за счёт его энергии (то есть не так, как это происходит с заряженной частицей в электромагнитном поле), а расходуя собственную потенциальную энергию. Значительная часть этой энергии переходит в кинетическую; когда же избыточная энергия израсходована и молекула возвращается в невозбуждённое состояние, воздействие на неё поля прекращается. В результате в клеточном поле образуется пространственно-временная упорядоченность — формируются НМК, характеризующиеся повышенным энергетическим потенциалом.

В упрощённом виде это может пояснить следующее сравнение. Если движущиеся в клетке молекулы — машинки, а их избыточная энергия — бензин, то биологическое поле формирует рельеф местности, по которой ездят машинки. Подчиняясь «рельефу», молекулы со сходными энергетическими характеристиками образуют НМК. Они, как уже говорилось, объединены не только энергетически, но и общей функцией, и существуют, во-первых, за счёт притока энергии (машины без бензина ехать не могут), а во-вторых, за счёт упорядочивающего действия биологического поля (по бездорожью машина не проедет). Отдельные молекулы постоянно входят в НМК и покидают её, но вся НМК остаётся стабильной до тех пор, пока не меняется значение питающего её потока энергии. При снижении его величины НМК распадается, а запасённая в ней энергия высвобождается.

Теперь представим, что в некоем участке живой ткани снизился приток энергии: распад НМК стал более интенсивным, следовательно, возросла интенсивность излучения, того самого, которое управляет митозами. Безусловно, митогенетическое излучение тесно связано с полем — хотя и не является его частью! Как мы помним, при распаде (диссимиляции) излучается избыточная энергия, которая не мобилизована в НМК и не задействована в процессах синтеза; именно потому, что в большинстве клеток процессы ассимиляции и диссимиляции происходят одновременно, хотя и в различном соотношении, клетки и обладают характерным митогенетическим режимом. Точно так же обстоит дело с потоками энергии: поле не влияет непосредственно на их интенсивность, но, формируя пространственный «рельеф», может эффективно регулировать их направление и распределение.

А.Г. Гурвич работал над окончательным вариантом теории поля в тяжёлые военные годы. «Теория биологического поля» была опубликована в 1944 году (М.: Советская наука) и в последующей редакции на французском языке — в 1947 году. Теория клеточных биологических полей вызвала критику и непонимание даже у сторонников прежней концепции. Главный их упрёк состоял в том, что Гурвич якобы отказался от представления о целом, и вернулся к отклонённому им же принципу взаимодействия отдельных элементов (то есть полей отдельных клеток). В статье «Понятие «целого» в свете теории клеточного поля» (Сб. «Работы по митогенезу и теории биологического поля». М.: Изд-во АМН, 1947) А.Г. Гурвич показывает, что это не так. Поскольку поля, порождаемые отдельными клетками, простираются за их пределы, а векторы поля суммируются в любой точке пространства по правилам геометрического сложения, то в новой концепции обосновывается понятие «актуального» поля. Это, по сути, динамическое интегральное поле всех клеток органа (или организма), изменяющееся с течением времени и обладающее свойствами целого.

С 1948 года научная деятельность А.Г. Гурвича вынужденно сосредотачивается главным образом в теоретической сфере. После августовской сессии ВАСХНИЛ он не видел возможности продолжать работу в Институте экспериментальной медицины РАМН (директором которого был с момента основания института в 1945 году) и в начале сентября подал заявление в президиум Академии о выходе на пенсию. В последние годы жизни он написал множество работ по различным аспектам теории биологического поля, теоретической биологии и методологии биологических исследований. Гурвич рассматривал эти работы как главы единой книги, которая и была издана в 1991 году под названием «Принципы аналитической биологии и теории клеточных полей» (М.: Наука).
Само существование живой системы является, строго говоря, наиболее глубокой проблемой, по сравнению с которой её функционирование остаётся или должно оставаться в тени.
А.Г. Гурвич. Гистологические основы биологии. Йена, 1930 (на немецком языке)
«Сочувствие без понимания»

Работы А.Г. Гурвича по митогенезу до Второй мировой войны были весьма популярны и в нашей стране, и за рубежом. В лаборатории Гурвича активно изучали процессы канцерогенеза, в частности было показано, что кровь онкологических больных, в отличие от крови здоровых людей, не является источником митогенетического излучения. В 1940 году А.Г. Гурвичу за работы по митогенетическому изучению проблемы рака присудили Государственную премию. «Полевые» концепции Гурвича никогда широкой популярностью не пользовались, хотя и вызывали неизменно живой интерес. Но этот интерес к его работам и докладам чаще всего оставался поверхностным. А.А. Любищев, который всегда называл себя учеником А.Г. Гурвича, охарактеризовал это отношение как «сочувствие без понимания».

В наше время сочувствие сменилось неприязнью. Немалый вклад в дискредитацию идей А.Г. Гурвича внесли некоторые горе-последователи, которые трактовали мысли ученого «по разумению своему». Но главное даже не в этом. Идеи Гурвича оказались в стороне от того пути, которым пошла «ортодоксальная» биология. После открытия двойной спирали перед исследователями появились новые манящие перспективы. Цепочка «ген — белок — признак» привлекала своей конкретностью, кажущейся легкостью получения результата. Естественно, что молекулярная биология, молекулярная генетика, биохимия сделались магистральными направлениями, а негенетические и неферментативные управляющие процессы в живых системах постепенно вытеснялись на периферию науки, и само их изучение стало считаться сомнительным, несерьёзным занятием.

Для современных физико-химических и молекулярных ответвлений биологии чуждо понимание целостности, которую А.Г. Гурвич считал основополагающим свойством живого. Зато расчленение практически приравнивается к получению нового знания. Предпочтение отдается исследованиям химической стороны явлений. В изучении хроматина акцент смещён к первичной структуре ДНК, а в ней предпочитают видеть прежде всего ген. Хотя неравновесность биологических процессов формально и признаётся, важной роли ей никто не отводит: подавляющее большинство работ направлено на различение «чёрного» и «белого», присутствия или отсутствия белка, активности или неактивности гена. (Недаром термодинамика у студентов биологических вузов — один из самых нелюбимых и плохо воспринимаемых разделов физики.) Что мы потеряли за полвека после Гурвича, насколько велики потери — ответ подскажет будущее науки.

Вероятно, биологии ещё предстоит усвоить идеи о принципиальной целостности и неравновесности живого, о едином упорядочивающем принципе, обеспечивающем эту целостность. И быть может, у идей Гурвича всё ещё впереди, а история их только начинается.

О. Г. Гавриш, кандидат биологических наук
«Химия и жизнь — XXI век»

Исследовательской группе Национального института стандартов и технологий США (NIST) под руководством дипломника из университета Колорадо Джона Джоста (John Jost) удалось продемонстрировать на практике эффект квантовой "связанности" (entanglement) механических состояний микрообъектов.

Схема поставленного эксперимента позволяла создать две пары колеблющихся "в унисон" микрообъектов (пары состояли из одного иона марганца и одного - бериллия). Характерный размер каждой пары составлял 4 мкм (4 тыс. нм), а расстояние между ними – 240 мкм.

Сначала учёные обеспечили квантовую связанность внутренних энергетических состояний атомов бериллия, после чего использовали её для возбуждения "обычных" механических колебаний каждой из пар ионов.

Несмотря на значительное расстояние и отсутствие физического агента какого бы то ни было известного науке типа, посредством которого могла осуществляться синхронизация, она имела место – оба осциллятора осуществляли колебания в унисон.

При этом, хотя оба колеблющихся микрообъекта являются материальными, а совершаемые ими движения – механическими, какая бы то ни было среда, посредством которой могла бы поддерживаться резонанс в обеих системах, отсутствует. А сам резонанс – присутствует.

Феномен квантовой "связанности" разнесённых в пространстве микрообъектов уже известен. Уникальной особенностью данного эксперимента явилось связывание обычных механических процессов.

Природа феномена и механизм, обеспечивающий квантовую "связанность", остаются неясными, однако феномен уже находит применение в практических приложениях. Теоретически феномен квантовой "связанности" позволяет осуществлять и поддерживать надёжное и чрезвычайно быстрое взаимодействие между объектами, находящимися на сколь угодно большом расстоянии друг относительно друга.

КПД использования солнечного света для поддержания своей жизнедеятельности у растений зашкаливает. Нет, это не значит, что 95% получаемой от светила энергии наши зелёные друзья спешат перевести в полезные для человека углеводы или белки, но вот на собственную жизнедеятельность они запросто могут направить именно такую долю. Ну а отдельные фотосинтезирующие организмы в морских глубинах умудряются жить даже за счёт сверхслабого излучения от гидротермальных источников океанского дна.

Хотя целый ряд исследований, пытавшихся вскрыть природу этой поразительной эффективности, уже указывал на квантовый характер транспорта энергии в хлоропластах, наблюдать такие процессы непосредственно пока не удавалось. А многие физики и вовсе решительно возражали, заявляя, что никакими силами невозможно добиться необходимой для подобного переноса квантовой когерентности при комнатной температуре — ведь и им не удаётся подобное без охлаждения до температур классической сверхпроводимости (тоже квантового процесса). Причина возмущения физсообщества ясна: по идее, любая квантовая когерентность должна исчезать с повышением температуры из-за влияния хаотических термальных колебаний.

И вот теперь исследователи из Института фотоники (Каталония, Испания) смогли впервые показать, что в таких условиях квантовые механизмы переноса энергии вполне работоспособны.

Чтобы наблюдать эти процессы, группа Ньека ван Хулста (Niek van Hulst) создала специальную экспериментальную технику. Для отслеживания переноса энергии (а процесс этот при фотосинтезе стремителен) использовалась ультрабыстрая спектроскопия на уровне одиночной молекулы. Для этого фемтосекундные лазерные импульсы (длящиеся одну квадриллионную секунды) посылались в направлении молекул протеина одной-единственной фотосинтетической «антенны» растения после получения ею порции солнечного света. За одну квадриллионную секунды свет в среде успевает пройти лишь сотую долю толщины человеческого волоса, поэтому перенос энергии внутри молекулы за это время удалось определить довольно полно.

Учёные выявили, что каждый белок использует отдельный путь для переноса энергии, более того — при изменении внешних условий этот путь может варьироваться, по всей видимости, адаптируясь для достижения максимальной эффективности.

По мнению исследователей, полученные в экспериментах результаты показывают, что «когерентность, состояние квантовой суперпозиции, когда одна система может одновременно находиться во взаимоисключающих состояниях, ответственна за поддержание высокого уровня эффективности электронного транспорта в биологических системах даже тогда, когда они меняют маршрут переноса энергии под влиянием изменений в окружающей среде». При этом измеренная длительность когерентных состояний в протеинах растения оказалась равной не менее чем 400 фемтосекундам, что в несколько раз больше, чем считалось возможным.

Результаты поднимают довольно специфический вопрос: является ли использование фотосинтетическими системами квантовых эффектов выработанным под действием эволюционных механизмов в результате естественного отбора? И если да, то какие ещё биологические процессы могут основываться на квантовых?

Как надеются учёные, попытка использовать сходные методы переноса электронов теоретически доступна и разработчикам солнечных батарей, пока значительно уступающим по эффективности преобразования энергии многим образцам фотосинтеза в растительном мире.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Science.

Гиалуронат присутствует в организме всех млекопитающих в качестве одного из компонентов «смазки» для суставов,  в составе тканей хрящей и кожи. Но гиалуроновая кислота голых землекопов отличается от таковой в организмах мышей, крыс и людей размерами отдельных молекул – они больше примерно в пять раз. Фермент, разрушающий гиалуронат, в организме голых землекопов малоактивен, таким образом вещество накапливается в более высоких концентрациях. Ученые считают, что гиалуронат повышает упругость кожи голых землекопов и тем самым защищает ее от внешних механических воздействий в тесных подземных тоннелях.