Белобров 190929
Опубликовано: https://bionanomed.sfedu.ru/assets/files/2019/pub-2019.pdf стр.5-7.
РОДОСЛОВНАЯ КНИГИ КЛЕТКИ
П.И. Белобров
Институт фундаментальной биологии и биотехнологии Сибирского федерального университета, 660041, Россия, г. Красноярск, пр. Свободный, 79
E-mail: peter.belobrov@gmail.com
Основная проблематика биологии состоит в передаче наследственной информации от поколения к поколению и реализации этой информации в каждом поколении [1]. Барбара МакКлинток завершила свою Нобелевскую речь мыслью о геноме как органе клетки [2]. Недавно доказано, что геном не является изолированным островком в клетке [3]. В концепции расширенного наследования рассмотрены эпигенетические, поведенческие и культурные факторы [4], вирусный симбиоз и холобионтная природа генома человека [5], понимание жизни как «социального» процесса, основанного на взаимодействии сетей РНК, в которых вирусы и клетки постоянно взаимодействуют [6], и вместе с этим предложена целостная интеграция различных систем наследования [7]. При психолингвистическом рассмотрении возникновения грамматик было установлено, что в больших сообществах создаются более систематические языки [8]. Главной сущностью наследования в живых системах является появление нового (эмерджентности) при каждом деления любой клетки [9].
Первые принципы биологии и родословная каждой клетки [10, 11], созданная всеми внутриклеточными структурами, образующими целостную индивидуальную биологическую книгу, написанную внутриклеточным химическим и межклеточным биологическим языками, позволяют создавать точное решение проблемы наследования. Все стороны живой Природы с необходимостью надо рассматривать на многих уровнях организации, используя математические, физические, химические, биологические, лингвистические и другие нечисловые переменные, причём, надо постоянно заботиться о том, чтобы избегать нечеткого смешения нечисловых величин и мер разных наук. Достаточностью будет гармоничное самосогласование в развитии.
Рассмотрим абстрактное биологическое клеточное пространство. Элементами или точками этого пространства разумно считать клетки. Каждое клеточное деление можно рассматривать как увеличение размерности пространства, преобразование клетки в органический материал является уменьшением размерности этого пространства. Можно, конечно, выделить типы клеток для уменьшения размерности клеточного пространства, хотя этот шаг загромождает построение, так как нам надо изложить на конечном количестве страниц всю структуру решения задачи биологического наследования с помощью родословной книги клетки. В докладе на примерах математических клеточных пространств будет рассмотрен вопрос гомотопической эквивалентности их с биологическим и химическим пространствами.
С нашей точки зрения все соединения органической химии, которые располагаются внутри живой клетки, образуют химические тексты, которые читаются опять-таки химическими структурами такого же или чуть более сложного строения (надмолекулярными и супрамолекулярными комплексами). Отсутствие систематического анализа химической лингвистики в литературе связано с предположением об единственности кода нуклеиновые кислоты – аминокислоты. Реальное химическое действие ~ 1010 – 1012 различных олигомеров, полимеров и комплексов в одной клетке требует дополнительного глубокого анализа, при котором будут открыты иерархии химических кодов и различных химических языков со своими грамматиками. Говоря на более общем языке нечисловых собственных химических переменных клетки можно заметить, что формирование биологических языков взаимного действия клеток друг на друга начинает происходить внутри каждой клетки. Таким образом, каждая клетка содержит в себе собственное химическое и физическое пространства, которые существенно отличаются друг от друга.
Реальное биологическое действие происходит в ~ 1012 – 1014 различных клеток живого организма, из которых половина – бактериальные клетки микробиома каждого организма. Формирование функциональных пространств, отображающих множества клеток и тканей на органы целостного организма может быть построено в представлении родословной книги клетки. Конечно, в настоящее время в этом направлении требуется более глубокое развитие теории нечисловых переменных и новых биологических мер, позволяющих рассматривать проектирование, вложения, расслоения, разрезы, склейки и гомологии разных по своей природе пространств. Важно, что при этом основные биологические представления, которые уже разработаны к настоящему времени в фундаментальной биологии без попыток традиционной редукции к математическим и физическим мерам будут сохраняться в рамках биологических законов развития живых систем и позволять создавать новые конструктивные вопросы для экспериментальной проверки.
Представьте себе процесс, который идёт монотонно, непрерывно в пространстве гигантской размерности. Все различные частицы в сопровождении собственной волны совершают беспокойные действия пытаясь создать новое в рамках своего паттерна. При этом все их соседи делают нечто похожее. Этот танец под музыку жизни не перенести в двумерие, и не воспроизвести в слабом многомерии, оно лишь сохраняется в динамической родословной клеточной книги, которая, да, не удивляйтесь, сама и является клеткой. Не понимаете? Клетка, пока живая тоже этого не понимает. Она лишь играет свою музыку, прислушиваясь, присматриваясь и принюхиваясь к соседним клеткам, составляя вместе ткань, орган и организм, время от времени встряхивая собственное содержимое, не давая ему залежаться в закоулках гигантской библиотеки. Клетке очень не хочется быть разобранной на органику. А тут ещё организму понадобилось новую мысль создать, соседки-клетки подсказывают, но что-то не получатся, придётся поделиться, дочки поживее будут, сообразят быстро. Это краткое романтическое описание родословной книги клетки предлагаю сопроводить изучением интегрированной митотической стволовой клетки на модели, созданной в Институте клеточных наук Аллена [12], которая по сути является клеточной мерой Аллена.
Изучая модель [12] на своём компьютере вы вместе с разработчиками откроете для себя раннюю прометафазу клеточного цикла, сравните по своему усмотрению расположение основных органов клетки, и, самое главное, клеточная мера Аллена поможет вам понять высокую размерность внутреннего пространства клетки и хорошо представить себе биологическое пространство всех клеток конкретного организма. После этого предположение о том, что родословная клетки является главным элементом биологического наследования будет достаточно естественным.
В докладе родословная клеточной книги будет изложена с помощью биологических величин, переменных и мер на реальных примерах из работ [3-8], что вместе с принципами биологии клетки [10] позволит представить структуру и функцию наследования путём перемешивания клеточных родословных в рамках представлений современной биологии клетки. Какие из предложенных идей послужат основой развития фундаментальной биологии. – решит время. Цель моего доклада – приблизить это время.
ЛИТЕРАТУРА
1) Тимофеев-Ресовский Н.В. Генетика, эволюция, значение методологии в естествознании. Лекции, прочитанные в Свердловске в 1964 году. 2009. 240 c.
2) McClintock B. The significance of responses of the genome to challenge // Science 226 (4676), 792-801 (1984).
3) Shapiro J.A. No genome is an island: toward a 21st century agenda for evolution // Annals NY Acad. Sci. 1447 (1), 21-52 (2019).
4) Bonduriansky R., Day T. Extended heredity: a new understanding of inheritance and evolution. Princeton University Press, 2018. 305 p.
5) Ryan F.P. Viral symbiosis and the holobiontic nature of the human genome // Apmis 124 (1-2), 11-19 (2016).
6) Villarreal L.P., Witzany G. That is life: communicating RNA networks from viruses and cells in continuous interaction // Annals NY Acad. Sci. 1447 (1), 5-20 (2019).
7) Jablonka E., Noble D. Systemic integration of different inheritance systems // Current Opinion in Systems Biology 13, 52-58 (2019).
8) Raviv L., Meyer A., Lev-Ari S. Larger communities create more systematic languages // Proc. R. Soc. B 286 (1907), 1-9 (2019).
9) The Routledge Handbook of Emergence. Ed by Gibb S., Hendry R., Lancaster T. Taylor & Francis Group, 2019. 420 p.
10) Белобров П.И. Принципы биологии клетки в теоретической биофизике // Актуальные вопросы биологической физики и химии 2 (1), 159-163 (2017).
11) Belobrov P.I. Biological Measures // Joint IMEKO TC1-TC7-TC13-TC18 Symposium, July 2-5, St. Petersburg, Russia (2019). https://molpit.org/page/116
12) The Integrated Mitotic Stem Cell https://imsc.allencell.org/ by the Allen Institute for Cell Science (2019). Learn about this cellular model and then explore it on your own.
Точная ссылка:
Белобров П.И. Родословная книги клетки // В сборнике «Генетика – фундаментальная основа инноваций в медицине и селекции: Материалы VIII научно-практической конференции с международным участием» (Ростов-на-Дону, 26–29 сентября 2019 г.); Южный федеральный университет. – Ростов-на-Дону; Таганрог: Издательство ЮФУ, 2019. – 254 с.
ISBN 978-5-9275-3236-0
https://bionanomed.sfedu.ru/assets/files/2019/pub-2019.pdf стр.5-7.