Естественные технологии биологических систем - Александр Уголев

2.    Стабилизация касается функционально значимых элементов, участвующих в выполнении элементарных функций, и не затрагивает других структур, где проявляются закономерности, чаще всего фигурирующие под названием нейтральной эволюции.

3. Все разнообразие функций и структур базируется на некотором количестве универсальных функциональных блоков, т.е. структур, реализующих элементарные функции. Эти структуры образуют специализированные системы, отличающиеся разнообразием за счет их сложного комбинирования. Следовательно, эволюция идет преимущественно по пути комбинирования универсальных функциональных блоков. При этом мутирующие гены относятся преимущественно не к структурным, а к регуляторным генам. Таким образом, в ходе эволюции увеличивается роль мутаций в регуляторных генах, причем у эукариотов этот тип мутаций является основным. Такая мысль одновременно и независимо была высказана и другими исследователями.

Стабильность некоторых свойств определенных систем в течение длительных интервалов эволюции и вместе с тем использование одних и тех же функциональных блоков можно проиллюстрировать двумя примерами. Первый пример был приведен мною выше и касается стабильности амилаз животных различных видов, а также амилаз, выделенных из различных органов одного и того же организма. Я не смог обнаружить признаков эволюции и совершенствования этих молекулярных машин в ходе эволюции. В последние годы такое заключение получило подтверждение. При изучении первичной структуры генов амилазы и самой амилазы бактерий, дрожжей, а также амилазы слюнных и поджелудочной желез млекопитающих оказалось, что принципиальных изменений в первичной структуре фермента не произошло. Более того, все те части, которые связаны с ферментативным катализом, остались неизменными. Замещение аминокислот происходило в так называемых индифферентных частях молекулы.

Второй пример относится к собственно кишечным мембранным ферментам. В нашей лаборатории было показано, что во многих случаях меняется не каталитический домен, а регуляторная субъединица фермента. Иными словами, каталитическая субъединица отличается большой стабильностью.

Таким образом, физиология и физиологическая эволюция способны объяснить ряд общих закономерностей эволюции, которые до сих пор не были ясны и не могли получить интерпретации.

Технологические подходы к происхождению и эволюции жизни не ограничиваются познавательной стороной. Если жизнь — это особая естественная технология, то при ее конструировании и воспроизведении следует учитывать основные законы естественных технологий и их эволюцию. Изготовление отдельных молекул (машин, строительных и функциональных блоков) не является созданием живого, хотя и может быть шагом вперед на пути к достижению этой цели. Создание новых форм жизни, по-видимому, будет осуществляться ради следующих главных целей: 1) для решения производственных задач (реализация различных биотехнологических и биотехнических процессов);

2) для познания законов жизни; 3) для усовершенствования жизни и ее распространения. Первые задачи вполне понятны и вытекают из практики и традиций современной науки и морали. Что касается последней задачи, т.е. создания новых, более совершенных форм жизни, то, по-видимому, эта потребность сформируется в полной мере в будущем. Речь идет о высших духовных побуждениях в распространении достижений человечества во Вселенной. Можно надеяться, что прогресс, открывший фантастические возможности для разрушения, в конце концов сделает реальностью современные созидательные потребности человечества.

Искусство реконструирует жизнь и воздействует на нее, используя естественнонаучные и технологические подходы и соответственно получаемую информацию. Достаточно сослаться на многочисленные указания крупнейших художников, представлявших различные школы, виды и направления искусств, на то, что их интересует анатомия, физиология или сущность живого. С другой стороны, весьма многочисленна группа людей искусства, которая (по их выражению) «конструирует» новые, ранее не существовавшие способы выражения самого себя и своих представлений или же ищет новые приемы воздействия на чувства и мысли слушателя, зрителя и читателя. Возможно, проблема естественных технологий в искусстве найдет прямой или косвенный резонанс. Во всяком случае это поможет лучше понять, что нередко новое — это новый набор уже известных блоков. В то же время принципиально новое, сконструированное из чуждых блоков, может не взаимодействовать с данной системой, так как гармония возможна лишь на основе единства и универсальности, поражающих своей всеохватывающей простотой.

Эти суждения, конечно, весьма односторонни. Тем не менее я все же позволю себе остановиться на них прежде всего потому, что этика и эстетика, формирующиеся по очень сложным законам, существенно зависят от характера деятельности, профессиональной направленности и особенностей личности. Известно, что этические оценки естествоиспытателей и технологов всегда существенно различались. Можно было бы подробно мотивировать эти высказывания и даже документировать их соответствующими примерами. Но на меня наибольшее впечатление в оценках техников и технологов всегда производила убежденность, что сделанное человеческим разумом в этическом отношении оправдано, если получило положительную оценку нескольких человек, а тем более сообществ или учреждений. В действительности, как показывает опыт, это не так. Овладение естественными технологиями и их использование в создании производственных, или искусственных, технологий может быть направлено и на благо, и во зло человечеству. Такими примерами могут служить генная инженерия, создание бактериологических препаратов и т.д. Отсюда крайне существенна изначальная этическая позиция человека (ученого или технолога) и его четкое понимание возможностей различного по своей социально-этической направленности использования достижений биологических наук в целом.

Для того чтобы в обществе сформировалось ясное понимание этической и эстетической необоснованности вмешательства человека в природу, не требуется исчерпывающего представления о естественных технологиях. Концепция естественных технологий прежде всего важна для понимания причин, механизмов и масштабов такой опасности. Она помогает в полной мере осознать, насколько трудно принимать действительно оптимальное технологическое решение или находить производственную технологию, не влияющую негативно на окружающую нас жизнь; последняя является еще более сложно организованной системой и поэтому еще более ценной технологией, чем создаваемая человеком. Человек должен осознавать себя как часть иерархии технологий в биосфере, где взаимодействуют естественные и искусственные технологии и где перед ним стоит задача — регуляция всей совокупности технологий в биосфере. Понимание этого не может не отразиться на самых глубоких этических и эстетических критериях, которыми руководствуется современный человек.

Итак, охарактеризованы многие фундаментальные закономерности биологических систем и соображения, позволяющие рассматривать их как своеобразные естественные технологии, возникшие и сформировавшиеся в ходе длительной эволюции. Возможность описать сложно организованные процессы в пределах одной науки на основе некоторых общих законов открывает для нас новые перспективы.

Попытаемся подвести некоторые итоги краткому очерку естественных технологий живого. Как наука естественная технология имеет свой предмет: закономерности организации и деятельности, эволюции и преобразований живых систем. Будучи наукой функциональной, естественная технология изучает процессы, способы, средства и результаты. Под способами подразумеваются программа и управление процессами; под средствами — структура и энергия, необходимые для их реализации; под результатами — некоторые эффекты, возникающие в ходе процесса.

Самое важное следствие, вытекающее из представлений о естественных технологиях, заключается в сближении и объединении полярных областей науки — естествознания и технологии. Такая интеграция стала возможной лишь тогда, когда была выявлена общность закономерностей в живых системах и в системах, созданных человеческим разумом. По всей вероятности, еще в первой половине XX в., а тем более в XIX в. технологический подход в естествознании был невозможен, вернее, не мог выйти за пределы иллюстраций. Для естествоиспытателей того времени искать сходство в организации примитивных технологических процессов с совершенными, но непонятными естественными процессами было необоснованно и неплодотворно. Сверх того, старое естествознание отвергало идею целесообразности строения в деятельности живых систем как чуждую науке, изучающей законы природы.