העברת גנים מרחוק: מחקר של המדען אלכסנדר גורביץ'

2024 מְחַבֵּר: Seth Attwood | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-16 16:05

בשלהי האביב של 1906 שוחרר מהצבא אלכסנדר גברילוביץ' גורביץ', באמצע שנות השלושים לחייו כבר מדען ידוע. במהלך המלחמה עם יפן שירת כרופא בגדוד העורפי שהוצב בצ'רניגוב. (שם כתב ואייר גורביץ', במילותיו שלו, "בורח מהבטלה הכפויה", את "אטלס ומאמר על אמבריולוגיה של חולייתנים", שיצא לאור בשלוש שפות בשלוש השנים הבאות).

כעת הוא עוזב עם אשתו הצעירה ובתו הקטנה לכל הקיץ לרוסטוב הגדול - להורי אשתו. אין לו עבודה, והוא עדיין לא יודע אם יישאר ברוסיה או ייצא שוב לחו ל.

מאחורי הפקולטה לרפואה של אוניברסיטת מינכן, הגנת תזה, שטרסבורג ואוניברסיטת ברן. המדען הרוסי הצעיר כבר מכיר ביולוגים אירופאים רבים, הניסויים שלו זוכים להערכה רבה על ידי הנס דרייש ווילהלם רו. ועכשיו - שלושה חודשים של בידוד מוחלט מעבודה מדעית ומקשרים עם עמיתים.

הקיץ הזה א.ג. גורביץ' מהרהר בשאלה, שהוא עצמו ניסח כך: "מה זה אומר שאני קורא לעצמי ביולוג, ומה בעצם אני רוצה לדעת?" לאחר מכן, בהתחשב בתהליך הנחקר והמאויר ביסודיות של spermatogenesis, הוא מגיע למסקנה כי המהות של הביטוי של יצורים חיים מורכבת בקשרים בין אירועים נפרדים המתרחשים באופן סינכרוני. זה קבע את "זווית הראייה" שלו בביולוגיה.

המורשת המודפסת של א.ג. גורביץ' - יותר מ-150 מאמרים מדעיים. רובם פורסמו בגרמנית, צרפתית ואנגלית, שהיו בבעלות אלכסנדר גברילוביץ'. עבודתו הותירה חותם עז באמבריולוגיה, ציטולוגיה, היסטולוגיה, היסטופיזיולוגיה, ביולוגיה כללית. אבל אולי נכון יהיה לומר ש"הכיוון העיקרי של פעילותו היצירתית היה הפילוסופיה של הביולוגיה" (מתוך הספר "אלכסנדר גברילוביץ' גורביץ'. (1874-1954)". מוסקבה: נאוקה, 1970).

א.ג. גורביץ' ב-1912 היה הראשון שהכניס את המושג "שדה" לביולוגיה. התפתחות תפיסת השדה הביולוגי היה הנושא המרכזי של עבודתו ונמשך יותר מעשור אחד. במהלך תקופה זו, דעותיו של גורביץ' על אופי השדה הביולוגי עברו שינויים עמוקים, אך תמיד דיברו על התחום כגורם יחיד הקובע את הכיוון והסדר של תהליכים ביולוגיים.

מיותר לציין איזה גורל עצוב חיכה למושג הזה בחצי המאה הבאה. היו הרבה ספקולציות, המחברים שלהן טענו שהם הבינו את הטבע הפיזי של מה שנקרא "ביושדה", מישהו התחייב מיד לטפל באנשים. חלקם התייחסו לא.ג. גורביץ', מבלי להתעסק כלל בניסיונות להתעמק במשמעות יצירתו. הרוב לא ידעו על גורביץ' ולמרבה המזל לא התייחסו אליו, שכן לא למונח "ביופילד" עצמו, ולא להסברים שונים לפעולתו של א.ג. לגורביץ' אין שום קשר לזה. אף על פי כן, כיום המילים "שדה ביולוגי" גורמות לספקנות בלתי מוסתרת בקרב בני שיח משכילים. אחת המטרות של מאמר זה היא לספר לקוראים את הסיפור האמיתי של הרעיון של תחום ביולוגי במדע.

מה מזיז תאים

א.ג. גורביץ' לא היה מרוצה ממצב הביולוגיה התיאורטית בתחילת המאה ה-20. הוא לא נמשך לאפשרויות הגנטיקה הפורמלית, שכן היה מודע לכך שבעיית "העברת התורשה" שונה מהותית מבעיית "הטמעת" התכונות בגוף.

אולי המשימה החשובה ביותר של הביולוגיה עד היום היא החיפוש אחר תשובה לשאלה ה"ילדותית": כיצד נוצרים יצורים חיים על כל מגווןיהם מכדור מיקרוסקופי של תא בודד? מדוע תאים מתחלקים אינם יוצרים מושבות גושים חסרות צורה, אלא מבנים מורכבים ומושלמים של איברים ורקמות? במכניקת ההתפתחות של אז, אומצה הגישה הסיבתית-אנליטית שהוצעה על ידי W. Ru: התפתחות העובר נקבעת על ידי שפע של קשרי סיבה ותוצאה נוקשים. אבל גישה זו לא הסכימה עם תוצאות הניסויים של G. Driesch, שהוכיח שסטיות חדות שנגרמו בניסוי לא עשויות להפריע לפיתוח מוצלח.יחד עם זאת, חלקים בודדים בגוף אינם נוצרים כלל מאותם מבנים תקינים – אלא הם נוצרים! באותו אופן, בניסויים של גורביץ' עצמו, אפילו עם צנטריפוגה אינטנסיבית של ביצי דו-חיים, תוך הפרה של המבנה הנראה לעין, המשך הפיתוח התקדם באופן שווה - כלומר, זה הסתיים באותו אופן כמו בביצים שלמות.

אורז. 1 דמויות א.ג. גורביץ' מ-1914 - תמונות סכמטיות של שכבות תאים בצינור העצבי של עובר כריש. 1 - תצורה ראשונית (A), תצורה שלאחר מכן (B) (קו מודגש - צורה נצפית, מקווקו - הנחה), 2 - תצורה ראשונית (C) ותצורה נצפית (D), 3 - ראשונית (E), חזויה (F) … קווים מאונכים מציגים את הצירים הארוכים של התאים - "אם בונים עיקול מאונך לצירי התא ברגע נתון של התפתחות, ניתן לראות שהיא תחפוף לקו המתאר של שלב מאוחר יותר של התפתחות אזור זה"

א.ג. גורביץ' ערך מחקר סטטיסטי של מיטוזות (חלוקות תאים) בחלקים סימטריים של העובר המתפתח או איברים בודדים וביסס את המושג "גורם מנרמל", שממנו עלה מאוחר יותר מושג השדה. גורביץ' קבע שגורם יחיד שולט בתמונה הכוללת של התפלגות המיטוזה בחלקי העובר, מבלי לקבוע כלל את הזמן והמיקום המדויקים של כל אחד מהם. ללא ספק, הנחת היסוד של תורת השדות הייתה כלולה בנוסחת דרייש המפורסמת "גורלו העתידי של יסוד נקבע על פי מיקומו בכללותו". השילוב של רעיון זה עם עקרון הנורמליזציה מוביל את גורביץ' להבנת הסדר בחיים כ"כפיפות" של אלמנטים למכלול אחד - בניגוד ל"אינטראקציה" שלהם. ביצירתו "תורשה כתהליך של מימוש" (1912) הוא מפתח לראשונה את מושג השדה העוברי – המורף. למעשה, זו הייתה הצעה לשבור את מעגל הקסמים: להסביר את הופעתה של הטרוגניות בין אלמנטים הומוגניים בתחילה כפונקציה של מיקומו של היסוד בקואורדינטות המרחביות של השלם.

לאחר מכן, גורביץ' החל לחפש ניסוח של החוק המתאר את תנועת התאים בתהליך המורפוגנזה. הוא מצא שבמהלך התפתחות המוח בעוברי כרישים, "הצירים הארוכים של תאי השכבה הפנימית של האפיתל העצבי היו מכוונים בכל זמן נתון לא בניצב לפני השטח של התצורה, אלא בנקודה מסוימת (15- 20 ') זווית אליו. האוריינטציה של הזוויות היא טבעית: אם בונים עקומה מאונכת לצירי התא ברגע נתון של התפתחות, ניתן לראות שהיא תחפוף לקו המתאר של שלב מאוחר יותר בהתפתחות של אזור זה" (איור 1).). נראה היה שהתאים "יודעים" לאן להישען, לאן למתוח כדי לבנות את הצורה הרצויה.

כדי להסביר תצפיות אלו, א.ג. גורביץ' הציג את המושג "משטח כוח" החופף לקו המתאר של המשטח הסופי של הבסיס ומנחה את תנועת התאים. עם זאת, גורביץ' עצמו היה מודע לחוסר השלמות של השערה זו. בנוסף למורכבות הצורה המתמטית, הוא לא היה מרוצה מה"טלולוגיה" של המושג (נראה היה שהוא מכפיף את תנועת התאים לצורה עתידית שאינה קיימת). בעבודה שלאחר מכן "על הרעיון של שדות עובריים" (1922) "התצורה הסופית של הבסיס נחשבת לא כמשטח כוח מושך, אלא כמשטח שווי הפוטנציאל של השדה הנובע ממקורות נקודתיים." באותה עבודה הוצג לראשונה המושג "שדה מורפוגנטי".

השאלה הוצגה על ידי גורביץ' בצורה כה רחבה וממצה, עד שכל תיאוריה של מורפוגנזה שעלולה לעלות בעתיד תהיה, במהותה, רק עוד סוג של תיאוריית שדות.

L. V. בלוסוב, 1970

אולטרה סגול ביוגני

"היסודות והשורשים של בעיית המיטוגנזה הונחו בהתעניינות הבלתי פוחתת שלי בתופעה המופלאה של קריוקינזיס (כך נקראה מיטוזה באמצע המאה הקודמת. - הערה הערה)", כתב א.ג. גורביץ' ב-1941 ברשימותיו האוטוביוגרפיות."מיטוגנזיס" - מונח עבודה שנולד במעבדה של גורביץ' ועד מהרה נכנס לשימוש כללי, מקביל למושג "קרינה מיטוגנית" - קרינה אולטרה סגולה חלשה מאוד של רקמות בעלי חיים וצמחים, הממריצה את תהליך חלוקת התאים (מיטוזה).

א.ג. גורביץ' הגיע למסקנה כי יש צורך להתייחס למיטוזות באובייקט חי לא כאירועים מבודדים, אלא במצטבר, כמשהו מתואם - בין אם מדובר במיטוזות מאורגנות בקפדנות מהשלבים הראשונים של ביקוע הביצית או במיטוזות לכאורה אקראיות ברקמות של חיה או צמח בוגר. גורביץ' האמין שרק ההכרה בשלמותו של האורגניזם תאפשר לשלב את התהליכים של הרמה המולקולרית והתאית עם המאפיינים הטופוגרפיים של התפלגות המיטוזה.

מאז תחילת שנות ה-20 א.ג. גורביץ' שקל אפשרויות שונות של השפעות חיצוניות המעוררות מיטוזה. בשדה הראייה שלו היה מושג ההורמונים הצמחיים, שפותח באותה תקופה על ידי הבוטנאי הגרמני ג' הברלנדט. (הוא הניח תמיסה של תאים מרוסקים על רקמת הצמח וצפה כיצד תאי רקמה מתחילים להתחלק בצורה פעילה יותר.) אך לא היה ברור מדוע האות הכימי אינו משפיע על כל התאים באותו אופן, מדוע, נניח, תאים קטנים מתחלקים יותר. לעתים קרובות מאשר גדולים. גורביץ' הציע שכל העניין הוא במבנה של פני התא: אולי, בתאים צעירים, אלמנטים פני השטח מאורגנים בצורה מיוחדת, נוחה לתפיסת האותות, וככל שהתא גדל, הארגון הזה מופרע. (כמובן, לא היה מושג של קולטני הורמונים באותה תקופה.)

עם זאת, אם הנחה זו נכונה וההפצה המרחבית של אלמנטים מסוימים חשובה לתפיסת האות, ההנחה מציעה לעצמה שהאות אינו כימי, אלא פיזי בטבע: למשל, קרינה המשפיעה על מבנים מסוימים של התא. פני השטח תהודה. שיקולים אלה אוששו בסופו של דבר בניסוי שהפך מאוחר יותר לפרסום נרחב.

אורז. 2 אינדוקציה של מיטוזה בקצה שורש הבצל (ציור מתוך העבודה "Das Problem der Zellteilung physiologisch betrachtet", ברלין, 1926). הסברים בטקסט

הנה תיאור של הניסוי הזה, שבוצע ב-1923 באוניברסיטת קרים. "השורש הפולט (המשרן), המחובר לנורה, חוזק אופקית, וקצהו הופנה לאזור המריסטם (כלומר, לאזור התפשטות התאים, במקרה זה ממוקם גם בסמוך לקצה השורש. - אד. הערה) של השורש הדומה השני (גלאי) קבוע אנכית. המרחק בין השורשים היה 2-3 מ"מ (איור 2). בתום החשיפה, השורש התופס סומן במדויק, קבוע ונחתך לסדרה של חתכים אורכיים המקבילים למישור המדיאלי. החתכים נבדקו במיקרוסקופ ומספר המיטוזה נספר בצד המוקרן ובצד הבקרה.

באותה תקופה כבר היה ידוע שהפער בין מספר המיטוזים (בדרך כלל 1000-2000) בשני חצאי קצה השורש אינו עולה בדרך כלל על 3-5%. כך, "החזקה משמעותית, שיטתית, מוגבלת בחדות במספר המיטוזות" באזור המרכזי של השורש התופס - וזה מה שראו החוקרים בחתכים - העידה ללא עוררין על השפעתו של גורם חיצוני. משהו שנבע מקצה שורש המשרן אילץ את התאים של שורש הגלאי להתחלק בצורה פעילה יותר (איור 3).

מחקר נוסף הראה בבירור שמדובר בקרינה ולא בכימיקלים נדיפים. הפגיעה התפשטה בצורת קרן מקבילה צרה - ברגע שהשורש המושרה הוסט מעט הצידה, ההשפעה נעלמה. הוא גם נעלם כאשר הונחו צלחת זכוכית בין השורשים. אבל אם הצלחת הייתה עשויה מקוורץ, ההשפעה נמשכה! זה הצביע על כך שהקרינה הייתה אולטרה סגולה.מאוחר יותר, הגבולות הספקטרליים שלו נקבעו בצורה מדויקת יותר - 190-330 ננומטר, והעוצמה הממוצעת נאמדה ברמה של 300-1000 פוטונים לשנייה לסנטימטר רבוע. במילים אחרות, הקרינה המיטוגנטית שהתגלתה על ידי גורביץ' הייתה בינונית וקרובה לאולטרה סגול בעוצמה נמוכה ביותר. (לפי נתונים מודרניים, העוצמה נמוכה עוד יותר - היא בסדר גודל של עשרות פוטונים/שניות לסנטימטר רבוע).

אורז. 3 ייצוג גרפי של ההשפעות של ארבעה ניסויים. הכיוון החיובי (מעל ציר האבשיסה) פירושו שכיחות המיטוזה בצד המוקרן

שאלה טבעית: מה לגבי האולטרה סגול של ספקטרום השמש, האם הוא משפיע על חלוקת התא? בניסויים, אפקט כזה לא נכלל: בספרו של א.ג. גורביץ' ול.ד. גורביץ' "קרינה מיטוגנית" (M., Medgiz, 1945), בחלק של המלצות מתודולוגיות, מצוין בבירור כי יש לסגור את החלונות במהלך ניסויים, לא להיות להבות פתוחות ומקורות של ניצוצות חשמליים במעבדות. בנוסף, הניסויים לוו בהכרח בבקרות. עם זאת, יש לציין כי עוצמת ה-UV השמש גבוהה משמעותית, ולכן השפעתו על עצמים חיים בטבע, ככל הנראה, צריכה להיות שונה לחלוטין.

העבודה על נושא זה הפכה אינטנסיבית עוד יותר לאחר המעבר של A. G. גורביץ' בשנת 1925 באוניברסיטת מוסקבה - הוא נבחר פה אחד לראש המחלקה להיסטולוגיה ואמבריולוגיה של הפקולטה לרפואה. קרינה מיטוגנית נמצאה בתאי שמרים וחיידקים, ביקוע ביציות של קיפודי ים ודו-חיים, תרביות רקמות, תאים של גידולים ממאירים, מערכות עצבים (כולל אקסונים מבודדים) ושרירים, דם של אורגניזמים בריאים. כפי שניתן לראות מהרישום, נפלטו גם רקמות שאינן מתבקעות - הבה נזכור עובדה זו.

הפרעות התפתחות של זחלי קיפוד ים שנשמרו בכלי קוורץ אטומים תחת השפעת קרינה מיטוגנית ממושכת של תרביות חיידקים בשנות ה-30 של המאה ה-XX נחקרו על ידי J. and M. Magrou במכון Pasteur. (היום, מחקרים דומים עם עוברי דגים ודו-חיים מבוצעים בביופיה של אוניברסיטת מוסקבה על ידי A. B. Burlakov.)

שאלה חשובה נוספת שהציגו לעצמם חוקרים באותן שנים: עד כמה פעולת הקרינה מתפשטת ברקמה חיה? הקורא יזכור שבניסוי בשורשי בצל נצפתה השפעה מקומית. האם יש, מלבדו, גם אקשן לטווח ארוך? כדי לקבוע זאת, בוצעו ניסויי מודל: בהקרנה מקומית של צינורות ארוכים מלאים בתמיסות של גלוקוז, פפטון, חומצות גרעין וביומולקולות אחרות, הקרינה התפשטה דרך הצינור. מהירות ההתפשטות של הקרינה המשנית כביכול הייתה כ-30 מ' לשנייה, מה שאישר את ההנחה לגבי האופי הקריני-כימי של התהליך. (במונחים מודרניים, ביו-מולקולות, סופגות פוטוני UV, פלורסמו, פולטות פוטון בעל אורך גל ארוך יותר. הפוטונים, בתורם, הולידו טרנספורמציות כימיות שלאחר מכן.) ואכן, בניסויים מסוימים, נצפתה התפשטות קרינה לכל אורכו של חפץ ביולוגי (לדוגמה, בשורשים הארוכים של אותה קשת).

גורביץ' ועמיתיו לעבודה גם הראו שהקרינה האולטרה סגולה המוחלשת מאוד של מקור פיזי מקדמת גם חלוקת תאים בשורשי הבצל, כמו גם משרן ביולוגי.

הניסוח שלנו של התכונה הבסיסית של שדה ביולוגי אינו מייצג בתוכנו כל אנלוגיות לתחומים ידועים בפיזיקה (אם כי, כמובן, אינו סותר אותן).

א.ג. גורביץ'. עקרונות הביולוגיה האנליטית ותורת שדות התא

פוטונים מוליכים

מאיפה מגיעה קרינת UV בתא חי? א.ג. גורביץ' ועמיתיו בניסויים שלהם תיעדו את הספקטרום של תגובות חיזור אנאורגניות אנזימטיות ופשוטות. במשך זמן מה נותרה שאלת מקורות הקרינה המיטוגנטית פתוחה.אבל ב-1933, לאחר פרסום ההשערה של הפוטוכימאי V. Frankenburger, התברר המצב עם מקור הפוטונים התוך-תאיים. פרנקנבורגר האמין שמקור הופעתן של קוונטות אולטרה סגולות בעלות אנרגיה גבוהה הוא פעולות נדירות של ריקומבינציה של רדיקלים חופשיים המתרחשים במהלך תהליכים כימיים וביוכימיים, ובשל נדירותם, לא השפיעו על מאזן האנרגיה הכולל של התגובות.

האנרגיה המשתחררת במהלך ריקומבינציה של רדיקלים נספגת על ידי מולקולות הסובסטרט ונפלטת עם ספקטרום אופייני למולקולות אלו. תכנית זו שוכללה על ידי N. N. סמיונוב (חתן פרס נובל לעתיד) ובצורה זו נכלל בכל המאמרים והמונוגרפיות הבאים על מיטוגנזה. המחקר המודרני של הכימילומינסנציה של מערכות חיות אישר את נכונותן של השקפות אלה, המקובלות כיום. הנה רק דוגמה אחת: מחקרי חלבון ניאון.

כמובן שבחלבון נספגים קשרים כימיים שונים, כולל קשרים פפטידיים - באמצע האולטרה סגול (בעיקר - 190-220 ננומטר). אבל עבור מחקרי הקרינה, חומצות אמינו ארומטיות, במיוחד טריפטופן, רלוונטיות. יש לו ספיגה מקסימלית ב-280 ננומטר, פנילאלנין ב-254 ננומטר, וטירוזין ב-274 ננומטר. חומצות אמינו אלו סופגות קוונטות אולטרה סגולות, ואז פולטות אותן בצורה של קרינה משנית - באופן טבעי, עם אורך גל ארוך יותר, עם ספקטרום אופייני למצב נתון של החלבון. יתרה מכך, אם קיים לפחות שארית טריפטופן אחת בחלבון, אז רק הוא יפלורוס - האנרגיה הנספגת בשאריות טירוזין ופנילאלנין מופצת אליו מחדש. ספקטרום הקרינה של שאריות הטריפטופן תלוי מאוד בסביבה - האם השריד נמצא, נניח, ליד פני הכדור או בפנים וכו', וספקטרום זה משתנה בפס 310-340 ננומטר.

א.ג. גורביץ' ועמיתיו לעבודה הראו בניסויי מודל על סינתזת פפטידים שתהליכי שרשרת הכוללים פוטונים יכולים להוביל לפיתוק (פוטוסינתזה) או סינתזה (פוטוסינתזה). תגובות פוטודיסוציאציה מלוות בקרינה, בעוד שתהליכי הפוטוסינתזה אינם פולטים.

כעת התברר מדוע כל התאים פולטים, אבל בזמן מיטוזה - חזק במיוחד. תהליך המיטוזה הוא עתיר אנרגיה. יתרה מכך, אם בתא גדל הצטברות והוצאה של אנרגיה מתרחשת במקביל לתהליכי ההטמעה, הרי שבמהלך המיטוזה האנרגיה הנאגרת בתא ב-interphase נצרכת רק. יש פירוק של מבנים תוך-תאיים מורכבים (למשל, מעטפת הגרעין) ויצירה הפיכה גוזלת אנרגיה של מבנים חדשים - למשל, סלילי-על של כרומטין.

א.ג. גורביץ' ועמיתיו ביצעו גם עבודה על רישום קרינה מיטוגנטית באמצעות מונים פוטונים. בנוסף למעבדת גורביץ' ב-Leningrad IEM, המחקרים הללו נמצאים גם בלנינגרד, ב-Phytech תחת A. F. איופה, בראשות ג.מ. פרנק, יחד עם הפיזיקאים יו.ב. חריטון וש.פ. רודיונוב.

במערב, מומחים בולטים כמו B. Raevsky ו- R. Oduber עסקו ברישום של קרינה מיטוגנטית באמצעות צינורות פוטו-מכפיל. עלינו לזכור גם את G. Barth, תלמידו של הפיזיקאי המפורסם W. Gerlach (מייסד הניתוח הספקטרלי הכמותי). בארת' עבד במשך שנתיים במעבדה של א.ג. גורביץ' והמשיך את מחקריו בגרמניה. הוא קיבל תוצאות חיוביות אמינות בעבודה עם מקורות ביולוגיים וכימיים, ובנוסף, תרם תרומה חשובה למתודולוגיה לאיתור קרינה חלשה במיוחד. בארת ביצע כיול רגישות ראשוני ובחירה של מכפילי פוטו. כיום, הליך זה הוא חובה ושגרתי עבור כל מי שמודד שטפי אור חלשים. אולם, דווקא ההזנחה של זה ושל כמה דרישות הכרחיות אחרות לא אפשרה למספר חוקרים לפני המלחמה להשיג תוצאות משכנעות.

כיום, נתונים מרשימים על רישום קרינה סופר חלשה ממקורות ביולוגיים התקבלו במכון הבינלאומי לביופיזיקה (גרמניה) בהנהגתו של F. Popp. עם זאת, חלק ממתנגדיו ספקנים לגבי יצירות אלה. הם נוטים להאמין שביופוטונים הם תוצרי לוואי מטבוליים, סוג של רעש אור שאין לו משמעות ביולוגית. "פליטת האור היא תופעה טבעית ומובנת מאליה לחלוטין המלווה בתגובות כימיות רבות", מדגיש הפיזיקאי ריינר אולבריך מאוניברסיטת גטינגן. הביולוג גונתר רות' מעריך את המצב באופן הבא: "ביופוטונים קיימים ללא ספק - היום זה מאושש באופן חד משמעי על ידי מכשירים רגישים ביותר העומדים לרשות הפיזיקה המודרנית. לגבי הפרשנות של פופ (אנחנו מדברים על כך שכרומוזומים כביכול פולטים פוטונים קוהרנטיים. - הערת העורך), זו השערה יפה, אבל האישור הניסיוני המוצע עדיין אינו מספיק לחלוטין כדי להכיר בתקפותו. מצד שני, עלינו לקחת בחשבון שקשה מאוד להשיג ראיות במקרה זה, כי ראשית, עוצמת קרינת הפוטון הזו נמוכה מאוד, ושנית, השיטות הקלאסיות לגילוי אור לייזר המשמשות בפיזיקה הן קשה ליישם כאן."

בין יצירות ביולוגיות שפורסמו מארצך, שום דבר לא מושך את תשומת הלב של העולם המדעי יותר מהעבודה שלך.

מתוך מכתב של אלברכט בת'ה מיום 1930-08-01 אל א.ג. גורביץ'

חוסר שיווי משקל מבוקר

תופעות רגולטוריות בפרוטופלזמה A. G. גורביץ' החל להעלות השערות לאחר הניסויים המוקדמים שלו בצנטריפוגה של ביצים מופרות של דו-חיים ושל אקו-עור. כמעט 30 שנה מאוחר יותר, כאשר הבינו את התוצאות של ניסויים מיטוגנטיים, נושא זה קיבל תנופה חדשה. גורביץ' משוכנע שהניתוח המבני של מצע חומר (סט של ביומולקולות) המגיב להשפעות חיצוניות, ללא קשר למצבו התפקודי, הוא חסר משמעות. א.ג. גורביץ' מנסח את התיאוריה הפיזיולוגית של הפרוטופלזמה. המהות שלו היא שלמערכות חיות יש מנגנון מולקולרי ספציפי לאחסון אנרגיה, שהוא ביסודו לא שיווי משקל. בצורה מוכללת, זהו קיבעון של הרעיון שזרימת אנרגיה נחוצה לגוף לא רק לצמיחה או לעבודה, אלא בעיקר כדי לשמור על המצב שאנו קוראים לו חי.

החוקרים הפנו את תשומת הלב לעובדה שפרץ של קרינה מיטוגנית נצפה בהכרח כאשר זרימת האנרגיה הייתה מוגבלת, מה ששמר על רמת חילוף חומרים מסוימת של המערכת החיה. (ב"הגבלת זרימת האנרגיה" יש להבין ירידה בפעילות של מערכות אנזימטיות, דיכוי תהליכים שונים של הובלה טרנסממברנית, ירידה ברמת הסינתזה והצריכה של תרכובות עתירות אנרגיה – כלומר כל תהליכים אשר לספק לתא אנרגיה - למשל, עם קירור הפיך של חפץ או בהרדמה קלה.) גורביץ' ניסח את הרעיון של תצורות מולקולריות לאביליות ביותר עם פוטנציאל אנרגיה מוגבר, חוסר שיווי משקל בטבע ומאוחד בפונקציה משותפת. הוא כינה אותן קבוצות מולקולריות שאינן שיווי משקל (NMCs).

א.ג. גורביץ' האמין שהתפוררות ה-NMC, שיבוש הארגון של הפרוטופלזמה, היא שגרמה להתפרצות קרינה. כאן יש לו הרבה מן המשותף עם הרעיונות של A. Szent-Györgyi לגבי נדידת אנרגיה לאורך רמות האנרגיה הכלליות של מתחמי חלבון. רעיונות דומים לביסוס טבעה של קרינה "ביופוטונית" מובעים כיום על ידי פ. פופ - הוא מכנה את אזורי העירור הנודדים "פולריטונים". מנקודת המבט של הפיזיקה, אין כאן שום דבר חריג. (איזה מהמבנים התוך-תאיים הידועים כיום יכול להתאים לתפקיד של NMC בתיאוריה של גורביץ' - נשאיר את התרגיל האינטלקטואלי הזה לקורא.)

כמו כן, הוכח בניסוי שקרינה מתרחשת גם כאשר המצע מושפע מכנית מצנטריפוגה או הפעלת מתח חלש. זה איפשר לומר של-NMC יש גם סדר מרחבי, שהופרע הן על ידי השפעה מכנית והן על ידי הגבלת זרימת האנרגיה.

במבט ראשון ניתן להבחין ש-NMC, שקיומה תלוי בזרימת האנרגיה, דומים מאוד למבנים המפזרים הנוצרים במערכות תרמודינמיות ללא שיווי משקל, שהתגלו על ידי חתן פרס נובל I. R. פריגוג'ין. עם זאת, כל מי שחקר מבנים כאלה (לדוגמה, תגובת בלוסוב - ז'בוטינסקי) יודע היטב שהם אינם משוכפלים לחלוטין מניסיון לחוויה, אם כי האופי הכללי שלהם נשמר. בנוסף, הם רגישים ביותר לשינוי הקטן ביותר בפרמטרים של תגובה כימית ותנאים חיצוניים. כל זה אומר שמאחר שאובייקטים חיים הם גם תצורות לא שיווי משקל, הם לא יכולים לשמור על היציבות הדינמית הייחודית של הארגון שלהם רק בגלל זרימת האנרגיה. נדרש גם גורם הזמנה יחיד של המערכת. גורם זה א.ג. גורביץ' קרא לזה תחום ביולוגי.

בסיכום קצר, הגרסה הסופית של תורת השדה הביולוגי (תאי) נראית כך. לשדה יש אופי וקטור, לא כוח. (זכור: שדה כוח הוא אזור במרחב, שבכל נקודה שלו פועל כוח מסוים על עצם בדיקה המוצב בו; למשל, שדה אלקטרומגנטי. שדה וקטור הוא אזור במרחב, שבכל נקודה שלו ניתן וקטור מסוים, למשל, וקטורי המהירות של חלקיקים בנוזל נע.) מולקולות שנמצאות במצב נרגש ולכן יש להן עודף אנרגיה נופלות תחת פעולת השדה הווקטור. הם רוכשים אוריינטציה חדשה, מתעוותים או נעים בשדה שלא בשל האנרגיה שלו (כלומר, לא באותו אופן כפי שקורה עם חלקיק טעון בשדה אלקטרומגנטי), אלא מוציאים את האנרגיה הפוטנציאלית שלהם. חלק ניכר מאנרגיה זו מומר לאנרגיה קינטית; כאשר האנרגיה העודפת מתבזבזת והמולקולה חוזרת למצב לא נרגש, השפעת השדה עליה נפסקת. כתוצאה מכך נוצר סדר מרחבי-זמני בשדה הסלולרי - נוצרים NMC המתאפיינים בפוטנציאל אנרגיה מוגבר.

בצורה פשוטה, ההשוואה הבאה יכולה להבהיר זאת. אם המולקולות הנעות בתא הן מכוניות, והאנרגיה העודפת שלהן היא בנזין, הרי שהשדה הביולוגי יוצר את ההקלה של השטח עליו נוסעות המכוניות. תוך ציות ל"הקלה", מולקולות בעלות מאפייני אנרגיה דומים יוצרות NMC. הם, כאמור, מאוחדים לא רק מבחינה אנרגטית, אלא גם על ידי פונקציה משותפת, ומתקיימים, ראשית, בגלל הזרמת האנרגיה (מכוניות לא יכולות ללכת בלי בנזין), ושנית, בשל פעולת הסדר של השדה הביולוגי. (בשטח המכונית לא תעבור). מולקולות בודדות נכנסות ויוצאות כל הזמן מה-NMC, אך ה-NMC כולו נשאר יציב עד שערך זרימת האנרגיה המזינה אותו משתנה. עם ירידה בערכו, ה-NMC מתפרק, והאנרגיה האצורה בו משתחררת.

כעת, תארו לעצמכם שבאזור מסוים של רקמה חיה, זרימת האנרגיה פחתה: ההתפרקות של NMC הפכה אינטנסיבית יותר, ולכן עוצמת הקרינה עלתה, זו ששולטת במיטוזה. כמובן שקרינה מיטוגנטית קשורה קשר הדוק לתחום – למרות שהיא לא חלק ממנו! כזכור, בזמן ריקבון (דיסימילציה) נפלטת עודף אנרגיה, שאינה מגויסת ב-NMC ואינה מעורבת בתהליכי הסינתזה; בדיוק בגלל שברוב התאים מתרחשים תהליכי הטמעה והתפזרות בו זמנית, אם כי בפרופורציות שונות, לתאים יש משטר מיטוגנטי אופייני.כך גם עם זרימות אנרגיה: השדה אינו משפיע ישירות על עוצמתם, אך, יוצר "הקלה" מרחבית, יכול לווסת ביעילות את הכיוון והפיזור שלהם.

א.ג. גורביץ' עבד על הגרסה הסופית של תורת השדה במהלך שנות המלחמה הקשות. "תורת השדה הביולוגי" יצא לאור בשנת 1944 (מוסקווה: המדע הסובייטי) ובמהדורה שלאחר מכן בצרפתית - בשנת 1947. תורת השדות הביולוגיים התאיים גרמה לביקורת ואי הבנה גם בקרב תומכי המושג הקודם. טענתם העיקרית הייתה שגורביץ' נטש לכאורה את רעיון השלם וחזר לעקרון האינטראקציה של אלמנטים בודדים (כלומר, שדות התאים הבודדים), שהוא עצמו דחה. במאמר "המושג של" השלם "לאור תורת השדה הסלולרי" (אוסף "עבודות על מיטוגנזה ותורת השדות הביולוגיים". גורביץ' מראה שזה לא המצב. מכיוון שהשדות שנוצרים על ידי תאים בודדים חורגים מגבולותיהם, וקטורי השדה מסוכמים בכל נקודה במרחב לפי כללי החיבור הגיאומטרי, המושג החדש מבסס את המושג שדה "ממשי". זהו, למעשה, שדה אינטגרלי דינמי של כל התאים של איבר (או אורגניזם), המשתנה עם הזמן ובעל תכונות של שלם.

מאז 1948, פעילותה המדעית של א.ג. גורביץ' נאלץ להתרכז בעיקר בתחום התיאורטי. לאחר מושב אוגוסט של האקדמיה החקלאית של כל האיחוד, הוא לא ראה את ההזדמנות להמשיך לעבוד במכון לרפואה ניסויית של האקדמיה הרוסית למדעי הרפואה (המנהל שלה היה מאז הקמת המכון ב-1945) ובתחילת ספטמבר הגיש בקשה לנשיאות האקדמיה לפרישה. בשנים האחרונות לחייו כתב עבודות רבות על היבטים שונים של תורת השדה הביולוגי, ביולוגיה תיאורטית ומתודולוגיית מחקר ביולוגי. גורביץ' ראה בעבודות אלו פרקים של ספר יחיד, שראה אור ב-1991 תחת הכותרת "עקרונות הביולוגיה האנליטית והתיאוריה של שדות התא" (מוסקבה: נאוקה).

עצם קיומה של מערכת חיה היא, למהדרין, הבעיה העמוקה ביותר, שבהשוואה לתפקודה נשאר או אמור להישאר בצל.

א.ג. גורביץ'. יסודות היסטולוגיים של הביולוגיה. Jena, 1930 (בגרמנית)

אמפתיה ללא הבנה

עבודותיה של א.ג. גורביץ' על מיטוגנזה לפני מלחמת העולם השנייה היו פופולריים מאוד הן בארצנו והן בחו"ל. במעבדה של גורביץ' נחקרו באופן פעיל תהליכי הקרצינוגנזה, במיוחד הוכח שדמם של חולי סרטן, בניגוד לדמם של אנשים בריאים, אינו מקור לקרינה מיטוגנית. בשנת 1940 א.ג. גורביץ' זכה בפרס המדינה על עבודתו במחקר המיטוגנטי של בעיית הסרטן. מושגי ה"שדה" של גורביץ' מעולם לא זכו לפופולריות רחבה, למרות שהם תמיד עוררו עניין רב. אבל העניין הזה בעבודתו ובדוחותיו נשאר לעתים קרובות שטחי. א.א. ליובישצ'וב, שתמיד קרא לעצמו תלמיד של א.ג. גורביץ', תיאר גישה זו כ"הזדהות ללא הבנה".

בזמננו האהדה הוחלפה בעוינות. תרומה משמעותית להכפשת רעיונותיה של א.ג. גורביץ' הוצג על ידי כמה חסידים לעתיד שפירשו את מחשבותיו של המדען "לפי הבנתם". אבל העיקר הוא אפילו לא זה. רעיונותיו של גורביץ' מצאו את עצמם בשולי הדרך שעברה הביולוגיה ה"אורתודוקסית". לאחר גילוי הסליל הכפול, פרספקטיבות חדשות ומפתות הופיעו בפני החוקרים. השרשרת "גן - חלבון - סימן" נמשכת על ידי הקונקרטיות שלה, לכאורה קלות להשיג תוצאה. מטבע הדברים, ביולוגיה מולקולרית, גנטיקה מולקולרית, ביוכימיה הפכו למיינסטרים, ותהליכי בקרה לא גנטיים ולא אנזימטיים במערכות חיות נדחקו בהדרגה לפריפריה של המדע, ועצם מחקרם החל להיחשב לעיסוק מפוקפק וקל דעת.

עבור ענפים פיזיקוכימיים ומולקולריים מודרניים של הביולוגיה, ההבנה של יושרה היא זרה, אשר א.ג. גורביץ' נחשב לתכונה הבסיסית של יצורים חיים. מאידך גיסא, ניתוק למעשה משווה לרכישת ידע חדש. העדפה ניתנת למחקר על הצד הכימי של תופעות. בחקר הכרומטין הדגש מועבר למבנה הראשוני של ה-DNA, ובו מעדיפים לראות בעיקר גן. למרות שחוסר האיזון של תהליכים ביולוגיים מוכר רשמית, אף אחד לא מייחס לו תפקיד חשוב: הרוב המכריע של העבודות מכוונות להבחין בין "שחור" ל"לבן", נוכחות או היעדר חלבון, פעילות או חוסר פעילות של גן.. (לא בכדי התרמודינמיקה בקרב סטודנטים באוניברסיטאות ביולוגיות היא אחד מענפי הפיזיקה הכי לא אהובים ופחות נתפסים.) מה איבדנו בחצי מאה אחרי גורביץ', כמה גדולים ההפסדים - התשובה תתבקש על ידי עתיד המדע.

ככל הנראה, הביולוגיה עדיין לא הטמיעה רעיונות לגבי שלמות היסוד וחוסר שיווי המשקל של יצורים חיים, לגבי עיקרון מסדר יחיד המבטיח שלמות זו. ואולי הרעיונות של גורביץ' עדיין לפנים, וההיסטוריה שלהם רק מתחילה.

או.ג.גבריש, מועמד למדעי הביולוגיה