ФИЛОСОФИЯ (последнее)
МЕТАБОЛИЧЕСКАЯ СИНЕРГЕТИКА КЛЕТКИ: СМЕНА ПАРАДИГМ СИНЕРГЕТИКИ
Актуальные публикации по вопросам философии. Книги, статьи, заметки.
А.М.Тараненко
Синергетика появилась на основе физики колебаний (особенно на почве горьковской школы радиофизики и нелинейной динамики), когда было понято, что механические и электромагнитные явления имеют единую колебательную природу (академик Мандельштам, 40-60-е годы), и также понято то, что неголономная механика и техническая электроника парадигматически не так уж далеки от неравновесной химии и биохимии (английский биолог К.С.Уоддингтон, французский математик Р.Том, русский математик В.И.Арнольд, 1970), если изучать нелинейности общей природы в этих разнопредметных областях. Пущинская школа колебаний в химии и биологии (А.М.Молчанов, С.Э.Шноль, Э.Э.Шноль, Е.Е.Сельков, А.Н.Заикин, А.Д.Базыкин, В.И.Крюков, В.И.Кринский, Г.Р.Иваницкий и многие другие) сыграла одну из ключевых ролей в создании синергетики. Ее примеры и модели использовались западными учеными - Пригожиным и Хакеном (середина и конец 70-х годов). Без употребления термина "синергетика клетки" фактически ее основы создал английский биолог и математик Б.Гудвин (1964). Позже пущинский математик и биохимик профессор Е.Е.Сельков довел науку о метаболическом моделировании до ее высокого современного уровня. Сорокалетие ее развития позволяет сделать некоторые выводы и наметить дальние перспективы... В физике на первом месте стоят движущие причины, силы и потенциалы. За явлением они открывают сущность. В ультрановой физике, т. е. в так называемой неголономной механике, технической физике эта картина пополняется "направляющими архитектурами" и "моторчиками" в подвесах, вместо трения в более примитивных моделях. Эти две дополнительные "силы" (организация - управление в форме архитектур и активная энергетика) приближают техническую физику к биологии. Кризис теоретической физики ныне всем очевиден (тупиковая, бесплодная игра с выдумыванием потенциалов, хождение по кругу внутри однофакторного мира типа, вместо вовлечения факторов, построение картины целостного троического мира). Первая величина в математике, А.Н.Колмогоров, говорил, что наиболее талантливые математики питаются в своих абстрактных изобретениях подсказками природы. Будущее теоретической физики - в технической физике; она - наука будущего, царица XXI в. Синергетика клетки Селькова своим рождением прямо обязана технической физике - мультивибратору как прообразу биохимических осцилляторов. Решающую роль для переноса этой ключевой аналогии в кинетику клетки сыграло изучение кинетических свойств клеточных ядов, особенно процессов так называемой ферментативной ингибиции. Кинетика ингибиции может быть описана формулой V([С]) = A/(1 + B[C]n). Здесь [C] - химическая концентрация, А и В определяются свойствами фермента (число оборотов в секунду, и кинетика связывания субстрата в активном центре). На самом деле большинство ферментов биполярны, бифункциональны - они и активаторы (при "малых" концентрациях), и ингибиторы (при больших), обеспечивают в системе и положительную обратную связь (ПОС), и отрицательную обратную связь (ООС). Как в мультивибраторе, лампе, есть посредствующий "третий слой" между катодом и анодом - "сетка" - и она то запирает (ООС), то отпирает (ПОС) поток электронов от катода к аноду, так и биполярный фермент может организовать устойчивые автоколебания в метаболизме клетки. В 1968 г. Е.Е.Сельков опубликовал на Западе работу, о колебаниях в гликолизе сразу сделавшую его имя известным. Фермент, участвующий в их генерации, - это известный в биохимии "ингибиторный" фермент - фосфобисфосфатаза. Отметим, что долгое время (до работ Пригожина и пущинской школы колебаний) считалось, что колебания в химии невозможны; мышление парадигматически замыкалось в концепции равновесных состояний, без каких-либо колебаний.
Работа Селькова произвела взрыв в умах. У Б.Гудвина модели биохимии были математической калькой с механики Гамильтона, настоящие биохимические процессы не были охвачены. Но "цепь Гудвина" (1964), перенесшая в биохимию идеи кибернетики Н.Винера (прибавившая к фактору физиков, силе, фактор организации, ОС), была вместе с тем весьма важным шагом в создании синергетики клетки. Но только у Е.Е.Селькова появились все три фактора: (1) сила, дестабилизирующая ООС (а не ее парадигматическая противоположность, стабилизирующая ООС, которая схлопывает колебания в константное поведение; а именно она господствует в умах большинства биологов и медиков поныне; это происходит из-за их опоры на одну логику и интуицию (для которых неверная, "схлопывающая" ООС - характерна!) и незнакомство с математикой, ее парадоксальным мышлением и выводами, отвечающими, однако, более точно, логике природы); ингибиция; активная энергетика. Гликолиз (брожения) - это важнейшая часть энергетики клетки, источника потенций клетки, ее "силы". При моделировании гликолиза выяснилось также, что энергетические и синтетические процессы в клетке синергично сопряжены - они входят в единую колебательную систему, организованную во времени. Логическое развитие этой идеи синергичности привело Селькова к теории "метаболических качелей" между "плечами" метаболизма клетки - углеводным, жировым и белковым. Здесь вместо старой физики, как бы описывающей силу, сталкивающую камень с горки в пропасть, - введены динамичные и синергично раскачивающиеся "качели" - они описывают систему симбиотических процессов, питающих друг друга и поедающих отходы друг друга, - "философию сотрудничества". Это уже близко к идее русского космиста академика В.И.Вернадского о "гармоничных круговоротах"...
Идея физика-теоретика члена-корреспондента К.Б.Толпыго (Донецк, 1972), обратившего внимание на "эффект Ферми": иерархически-несимметричное взаимодействие маятников, в дальнейшем позволила мне сформулировать в цикле работ (1978-2002) новую концепцию синергетики - синергичное взаимодействие "тактических" и "стратегических" задач, обычной, быстрой и "медленной" биологии, ввести в синергетику целый новый неоткрытый мир - "медленный мир". Идеи симметрии и равенства лежали в основе эго-потребительского менталитета западной цивилизации, приведшие ее к экологическому кризису (Хесле). Как и они же привели СССР к распаду и краху страны из-за ошибочной парадигмы системы "равенства". "Вертикаль", несимметрия есть ключ к познанию биологических систем, это всегда понимали биологи (К.С.Уоддингтон). Несимметричная модель Ферми позволила нам в дальнейшем углубить клеточную синергетику Селькова. Это потребовало опровержения основной ошибки классической, синергетики Хакена - апелляции к парадигме "быстрых маятников", и ее следствия - парадигмы мелкоамплитудных колебаний, присущих таким маятникам (для жизни же нужны достаточно большие амплитуды, а их "зарабатывание" требует ввести в модель развитие, тренинг, подготовку к адаптивному усилению энергетики при стрессе или болезни). Новая, "медленная" синергетика позволила показать, что основная парадигматическая ловушка современной западной и мировой биомедицины коренится в ошибке "быстрой" синергетики. Она - "схлопывающая" (к движению по кругу без развития, "дурной бесконечности" Гегеля), в ней нет понятия развития и адоптоза, ключево важных для описания сущности живого. Можно даже говорить о "биогеноциде", каким мы расплачиваемся за ошибки старой синергетики. Как ни трудно и больно поднимать эти вопросы, при всем уважении к первопроходцам синергетики, печальные последствия этой ошибки для здоровья человечества остро заставляют этот вопрос ставить. "Вертикаль" впервые появилась в работах Селькова. Для стабилизации быстрого маятника он ввел в модель обмена биохимического маятника тяжелое депо D, [D]>>[X], где [Х] - концентрация активного вещества в биохимическом "маятнике". Б.Г.Режабек (1974) указал мне на работы по диффузии в фазовых пространствах (В.И.Арнольд) и в связи с модной тогда стохастической теорией работы памяти (Институт нейрокибернетики, Ростов-на-Дону) просил меня разработать клеточную теорию памяти на этом принципе. Мне пришло тогда в голову нечто вроде планетной модели атома Н.Бора, но проквантованного взаимодействием частот в несимметричной паре маятников. На полигоне моделей Селькова (1974-1977) эти идеи быстро дали интересные положительные результаты: "квантование" "быстрого мира" "медленным миром", как оказалось, действительно имело место, "медленный мир" оказался "важнее" быстрого, "царствовавшего", так сказать, "ошибочно" в господствующей парадигме. Я применил в новом подходе также идею профессора Л.Овандера (Донецк, 1973) о большом будущем модели самофокусировки луча лазера и искал то, как "медленное" депо углеводов, участвующее в колебаниях гликолиза, "фокусирует" колебания быстрого осциллятора гликолиза, коренным образом меняя их природу (и частотную, и амплитудную, и рождая "пакеты" новых форм). Выводы нашей теории, разрабатываемой более 25 лет, при поддержке известных математиков и биологов, хорошо согласуются с экспериментальными данными (экстремальная биология, раневая хирургия, интегральная медицина адоптозов, хронобиология и хрономедицина). Если и поныне большинство биологов и медиков имеют представление об управлении в клетке на основе парадигмы стабилизирующей, порочной ООС (по аналогии с историей парадигмы Птолемея Коперника, названной нами "земноцентрической"), и формируемого ею "быстрого осциллятора" Хакена, - а на деле клеткой и организмом, как показывает строгое моделирование и эксперимент, заправляет "медленная биология" (мнение крупнейшего в хронобиологии английского ученого Питтендрика ), коренным образом другая ("солнечноцентрическая" как бы, с тяжелой массой депо), чем мы привыкли, то рано или поздно прежнюю и несовершенную фазу синергетики в ее хакеновском варианте придется пересмотреть. И дело не в том, что в западной синергетике нет понятий иерархии, или медленных переменных, или нет понятия о существенно трехмерных динамических явлениях типа хаоса и мультичастотных осцилляциях, - все это там есть. Но несимметрия биологических объектов меняет эти данные изучения симметричных нелинейных систем следующим образом. Во-первых, хотя хаос и есть, но область хаоса в таких более глубоких системах описания и управления природой значительно сужается, клетка умеет избегать "флаттера самолетов" и регулирует свои "бури и ураганы" - это делают нелинейные механизмы депо. Но при этом хаос остается биологически нужным информационно, частотно, для предотвращения опасной для жизни синхронизации частей (она грозит взрывоопасными процессами, теми же "бурями"). Хаос в клетке есть, но он находится под контролем и работает на дело. Во-вторых, влияние скрытых, почти незаметно меняющихся клеточных параметров, депо, на осцилляторы, управляющие равновесием клетки, не только важно для гомеостаза, стабильности, но оно неожиданно оказалось крайне важным для перестроек и развития в клетке, процесса адоптоза и энергоза, выхода клетки из энергетических кризисов (дизэнергозов, дизадоптозов) при перенагрузке и патологиях. Придумав в 1976-1978 гг. авторскую ЭВМ-программу, разрешившую проблему выработки средств качественного анализа многомерных динамических колебаний - эту ключевую задачу современной теории динамических систем, - мы с помощью аппарата карт Пуанкаре на циклах вскоре построили вычислительные методы анализа семейств так называемых многообходных циклов и хаотических аттракторов в модели управления энергетикой клетки. Новые методы позволили парадигматически принципиально по-новому взглянуть на проблемы энергетики клетки, которые биохимия решала веками. Модель самоадаптационного управления энергетики клетки на многообходных циклах и их эволюции представляет значительный интерес в приложениях: многомерные колебания и их усложнения дают возможность перейти от быстрых и низкоамплитудных циклов (в господствующей парадигме, парадигме западной синергетики) к медленным и высокоамплитудным, что физиологически означает рост запасов клетки и новые возможности "бухгалтерских заемов" во времени (позволяющие успешно разрешить все трудности адоптоза, ликвидировать кризисы клетки при патологиях). Это повышает "ступенчато" энергетические возможности клетки и качественно расширяет ее возможности произвести работу "репараций" и адаптивных перестроек при заболеваниях организма и его перегрузках от вызовов среды. Отметим те выводы, которые указывают на новые возможности, представляемые биомедицине новой парадигмой: тренированный организм имеет высоконелинейные системы управления энергетикой; метаболизм и его управление синергически, мультипликативно поддерживают друг друга и развивают вместе высокую эффективность и реактивность на удары среды или патологии. Новая парадигма представляет также примеры сильнонелинейных режимов, многообходных циклов: в наших моделях биохимического осциллятора-волчка он неожиданно "переворачивается" от депо D, и "кувыркается" под его воздействием, как планета Земля время от времени сменяет полюсы. Сложность колебаний обеспечивает их проявление только в длиннопериодическом мире, почему эта область меньше изучена (и раньше ее "не видели", ибо вся экспериментальная область наблюдала процессы недолго, что экономически удобно, но это и привело к ошибочной распространенной парадигме "блицкрига", парадигме "быстрых колебаний по патологически замкнутому кругу"; такие колебания не могут обеспечить адоптоза и развития клетки, что в методиках лечения у биомедицины дает только консервирующие и разрушительные методы, плохо эффективные или вредные, как в медицине мозга, где почти вся "химия" лекарств имеет на длиннопериодических масштабах инверсные эффекты. То есть, например, депрессия сперва эффективно исправляется, а потом сугубо и необратимо углубляется тем же лекарством; такими свойствами обладает большинство лекарств в этой области). Но на самом деле по ней имеются многочисленные надежные экспериментальные данные широчайшего распространения и ключевой важности таких процессов в природе. Такую исключительную важность математики для биологии и парадигмы "вековых движений планет" для естествознания и мировоззрения еще в середине 70-х годов предсказывал ученик академика А.Н.Колмогорова академик В.И.Арнольд. Его работы того времени сильно стимулировали наши продвижения в биологии, в математической теории "причинного уровня" жизни.
Наиболее близко к новой, незападной, русской синергетике, в которой паллиативные быстрые процессы колебаний подчинены более глубоким, сущностным и более неравновесным, медленным процессам, синергетике не покоя "по кругу", а острого, но управляемого развития, подошел лидер московской школы синергетиков член-корреспондент РАН С.П.Курдюмов. На нелинейном уравнении межнаучного характера он построил некую обобщенную "философию горения". Она близка в основе к идее жизни, как огня, энергетики, дыхания (горения), способного к развивающейся логике, а не к круговороту на месте. Тепловое пятно, "огонек" Курдюмова на быстрых временах как бы сдается ветрам, сопротивлению среды, падает по амплитуде и ареалу распространения, но потом, как бы укрепляясь "спором с ветрами", неожиданно, "при самом издыхании", укрепляется и "стает вровень" с хорошим уровнем, а потом и показывает нечаянное высокое развитие, расцвет. Будем думать, что по сценарию новой, "русской синергетики" пойдет и нечаянное всем врагам бурное и устойчивое развитие России, а за ней и всего мира, в меру усвоения им "русской синергетики". Депо в уравнении Курдюмова нет. Но сильная нелинейность источника тепла, означающая цепные процессы химического размножения при горении, открытые российским ученым Н.Семеновым в 30-40-е годы, приводит к накопительным процессам в системе, а стало быть, и к наличию скрытого депо. Отсюда и неожиданное значение медленных времен, развитие, и асимметрические резкие, замечательные перестройки. Обычные цепные процессы Семенова - это раковый опухолевый рост, неуправляемая вещь. Но Курдюмов показал, что при более сильной нелинейности источника тепла фактически цепные процессы идут с ограничением, управляемо. Это не раковый, а полезный рост, развитие. Есть ограничивающая рост ООС связь, разум. В явном виде нет у Курдюмова и пары химических процессов, как в метаболизме, круговороте жизни. Но пара "кинетика-диффузия" у него фактически играет роль катаболически-анаболической системы. Это математически и физически происходит потому, что диффузия есть "фактор задержки", а на факторе задержки "работает" цепь Гудвина, которая, как мы показали, математически эквивалентна нашей катаболически-анаболической системе с депо. При сильно нелинейной диффузии у Курдюмова усиливаются управляемые процессы - формообразование, развитие и превращения форм. В нашей модели происходят точно такие же процессы, но только в форме не неравновесного процесса горения, а усложнения процессов более сложной природы - колебательных, но тоже в развивающемся сценарии, в адоптозе. Это происходит у нас через наращивание нелинейности в цепи Гудвина и числа звеньев в ней (эквивалент нелинейности в диффузионном члене у Курдюмова). Отметим, что заслугой Селькова является открытие того, что именно сильная нелинейность (n >1), которой он "поправил" билинейный член в известном уравнении колебаний в биологии Лотка (начало ХХ в.), XY заменив на ХYn, переводит биологический осциллятор в устойчивые самоподдерживающиеся колебания (вместо хрупких, "гамильтоновых", при недостаточной нелинейности). Все выше нами описанные "фокусы" в новой парадигме также на самом деле устроены на сильных нелинейностях некоторых членов уравнений (в осцилляторе это Y5, в нелинейной связи депо с осциллятором это Х4). На самом деле в биологии слишком уж больших нелинейностей (как в уравнении тепла Курдюмова) не требуется, ибо работает не один фактор, а сочетание факторов (и особенно их разница, тонкое, дифференциальное, "информационное" сравнение); малые факторы накапливаются в большие, как в своей "биологической хинчинологии" учил известный биоматематик А.М.Молчанов. Члены с переменной X в четвертой степени в наших уравнениях стоят в разности...
Общий вывод заключается в том, что различные исследователи постепенно приходят к новой синергетике, в которой медленные и глубинные процессы сильно взаимодействуют с быстрыми, те и другие активно влияют друг на друга, что приводит к процессам развития. В новой медицине XXI в., опирающейся на адоптоз, тренинг, эндогенное самолечение клетки - эта нелинейная идеология будет иметь экстраординарное и путеводное значение. Она вскроет неожиданные, непривычные сценарии взаимодействия, далеко выходящие за рамки устаревшей господствующей ныне идеи, идеи отрицательной обратной связи, загоняющей биологическую систему в равновесие. Парадигма чего ныне, к сожалению, господствует в биологии и медицине через старое мышление врачей и их учителей, что на практике, как мы указали выше, приводит к самым плачевным последствиям. Надеемся, что эти важные выводы новой синергетики будут динамично и вовремя осознаны широким сообществом и существующий на старой парадигме биогеноцид (депопуляция из-за непонимания природы болезней в их источнике в дизадоптозе и непонимания главного пути лечения дизадолтозов - через нелинейную теорию медленных многообходных циклов) сменится на колоссальные успехи новой медицины. Будет эпоха "цветущей сложности", удивительно предсказанная русским философом Константином Леонтьевым еще в 60-80-е годы XIX в.!
Синергетика появилась на основе физики колебаний (особенно на почве горьковской школы радиофизики и нелинейной динамики), когда было понято, что механические и электромагнитные явления имеют единую колебательную природу (академик Мандельштам, 40-60-е годы), и также понято то, что неголономная механика и техническая электроника парадигматически не так уж далеки от неравновесной химии и биохимии (английский биолог К.С.Уоддингтон, французский математик Р.Том, русский математик В.И.Арнольд, 1970), если изучать нелинейности общей природы в этих разнопредметных областях. Пущинская школа колебаний в химии и биологии (А.М.Молчанов, С.Э.Шноль, Э.Э.Шноль, Е.Е.Сельков, А.Н.Заикин, А.Д.Базыкин, В.И.Крюков, В.И.Кринский, Г.Р.Иваницкий и многие другие) сыграла одну из ключевых ролей в создании синергетики. Ее примеры и модели использовались западными учеными - Пригожиным и Хакеном (середина и конец 70-х годов). Без употребления термина "синергетика клетки" фактически ее основы создал английский биолог и математик Б.Гудвин (1964). Позже пущинский математик и биохимик профессор Е.Е.Сельков довел науку о метаболическом моделировании до ее высокого современного уровня. Сорокалетие ее развития позволяет сделать некоторые выводы и наметить дальние перспективы... В физике на первом месте стоят движущие причины, силы и потенциалы. За явлением они открывают сущность. В ультрановой физике, т. е. в так называемой неголономной механике, технической физике эта картина пополняется "направляющими архитектурами" и "моторчиками" в подвесах, вместо трения в более примитивных моделях. Эти две дополнительные "силы" (организация - управление в форме архитектур и активная энергетика) приближают техническую физику к биологии. Кризис теоретической физики ныне всем очевиден (тупиковая, бесплодная игра с выдумыванием потенциалов, хождение по кругу внутри однофакторного мира типа, вместо вовлечения факторов, построение картины целостного троического мира). Первая величина в математике, А.Н.Колмогоров, говорил, что наиболее талантливые математики питаются в своих абстрактных изобретениях подсказками природы. Будущее теоретической физики - в технической физике; она - наука будущего, царица XXI в. Синергетика клетки Селькова своим рождением прямо обязана технической физике - мультивибратору как прообразу биохимических осцилляторов. Решающую роль для переноса этой ключевой аналогии в кинетику клетки сыграло изучение кинетических свойств клеточных ядов, особенно процессов так называемой ферментативной ингибиции. Кинетика ингибиции может быть описана формулой V([С]) = A/(1 + B[C]n). Здесь [C] - химическая концентрация, А и В определяются свойствами фермента (число оборотов в секунду, и кинетика связывания субстрата в активном центре). На самом деле большинство ферментов биполярны, бифункциональны - они и активаторы (при "малых" концентрациях), и ингибиторы (при больших), обеспечивают в системе и положительную обратную связь (ПОС), и отрицательную обратную связь (ООС). Как в мультивибраторе, лампе, есть посредствующий "третий слой" между катодом и анодом - "сетка" - и она то запирает (ООС), то отпирает (ПОС) поток электронов от катода к аноду, так и биполярный фермент может организовать устойчивые автоколебания в метаболизме клетки. В 1968 г. Е.Е.Сельков опубликовал на Западе работу, о колебаниях в гликолизе сразу сделавшую его имя известным. Фермент, участвующий в их генерации, - это известный в биохимии "ингибиторный" фермент - фосфобисфосфатаза. Отметим, что долгое время (до работ Пригожина и пущинской школы колебаний) считалось, что колебания в химии невозможны; мышление парадигматически замыкалось в концепции равновесных состояний, без каких-либо колебаний.
Работа Селькова произвела взрыв в умах. У Б.Гудвина модели биохимии были математической калькой с механики Гамильтона, настоящие биохимические процессы не были охвачены. Но "цепь Гудвина" (1964), перенесшая в биохимию идеи кибернетики Н.Винера (прибавившая к фактору физиков, силе, фактор организации, ОС), была вместе с тем весьма важным шагом в создании синергетики клетки. Но только у Е.Е.Селькова появились все три фактора: (1) сила, дестабилизирующая ООС (а не ее парадигматическая противоположность, стабилизирующая ООС, которая схлопывает колебания в константное поведение; а именно она господствует в умах большинства биологов и медиков поныне; это происходит из-за их опоры на одну логику и интуицию (для которых неверная, "схлопывающая" ООС - характерна!) и незнакомство с математикой, ее парадоксальным мышлением и выводами, отвечающими, однако, более точно, логике природы); ингибиция; активная энергетика. Гликолиз (брожения) - это важнейшая часть энергетики клетки, источника потенций клетки, ее "силы". При моделировании гликолиза выяснилось также, что энергетические и синтетические процессы в клетке синергично сопряжены - они входят в единую колебательную систему, организованную во времени. Логическое развитие этой идеи синергичности привело Селькова к теории "метаболических качелей" между "плечами" метаболизма клетки - углеводным, жировым и белковым. Здесь вместо старой физики, как бы описывающей силу, сталкивающую камень с горки в пропасть, - введены динамичные и синергично раскачивающиеся "качели" - они описывают систему симбиотических процессов, питающих друг друга и поедающих отходы друг друга, - "философию сотрудничества". Это уже близко к идее русского космиста академика В.И.Вернадского о "гармоничных круговоротах"...
Идея физика-теоретика члена-корреспондента К.Б.Толпыго (Донецк, 1972), обратившего внимание на "эффект Ферми": иерархически-несимметричное взаимодействие маятников, в дальнейшем позволила мне сформулировать в цикле работ (1978-2002) новую концепцию синергетики - синергичное взаимодействие "тактических" и "стратегических" задач, обычной, быстрой и "медленной" биологии, ввести в синергетику целый новый неоткрытый мир - "медленный мир". Идеи симметрии и равенства лежали в основе эго-потребительского менталитета западной цивилизации, приведшие ее к экологическому кризису (Хесле). Как и они же привели СССР к распаду и краху страны из-за ошибочной парадигмы системы "равенства". "Вертикаль", несимметрия есть ключ к познанию биологических систем, это всегда понимали биологи (К.С.Уоддингтон). Несимметричная модель Ферми позволила нам в дальнейшем углубить клеточную синергетику Селькова. Это потребовало опровержения основной ошибки классической, синергетики Хакена - апелляции к парадигме "быстрых маятников", и ее следствия - парадигмы мелкоамплитудных колебаний, присущих таким маятникам (для жизни же нужны достаточно большие амплитуды, а их "зарабатывание" требует ввести в модель развитие, тренинг, подготовку к адаптивному усилению энергетики при стрессе или болезни). Новая, "медленная" синергетика позволила показать, что основная парадигматическая ловушка современной западной и мировой биомедицины коренится в ошибке "быстрой" синергетики. Она - "схлопывающая" (к движению по кругу без развития, "дурной бесконечности" Гегеля), в ней нет понятия развития и адоптоза, ключево важных для описания сущности живого. Можно даже говорить о "биогеноциде", каким мы расплачиваемся за ошибки старой синергетики. Как ни трудно и больно поднимать эти вопросы, при всем уважении к первопроходцам синергетики, печальные последствия этой ошибки для здоровья человечества остро заставляют этот вопрос ставить. "Вертикаль" впервые появилась в работах Селькова. Для стабилизации быстрого маятника он ввел в модель обмена биохимического маятника тяжелое депо D, [D]>>[X], где [Х] - концентрация активного вещества в биохимическом "маятнике". Б.Г.Режабек (1974) указал мне на работы по диффузии в фазовых пространствах (В.И.Арнольд) и в связи с модной тогда стохастической теорией работы памяти (Институт нейрокибернетики, Ростов-на-Дону) просил меня разработать клеточную теорию памяти на этом принципе. Мне пришло тогда в голову нечто вроде планетной модели атома Н.Бора, но проквантованного взаимодействием частот в несимметричной паре маятников. На полигоне моделей Селькова (1974-1977) эти идеи быстро дали интересные положительные результаты: "квантование" "быстрого мира" "медленным миром", как оказалось, действительно имело место, "медленный мир" оказался "важнее" быстрого, "царствовавшего", так сказать, "ошибочно" в господствующей парадигме. Я применил в новом подходе также идею профессора Л.Овандера (Донецк, 1973) о большом будущем модели самофокусировки луча лазера и искал то, как "медленное" депо углеводов, участвующее в колебаниях гликолиза, "фокусирует" колебания быстрого осциллятора гликолиза, коренным образом меняя их природу (и частотную, и амплитудную, и рождая "пакеты" новых форм). Выводы нашей теории, разрабатываемой более 25 лет, при поддержке известных математиков и биологов, хорошо согласуются с экспериментальными данными (экстремальная биология, раневая хирургия, интегральная медицина адоптозов, хронобиология и хрономедицина). Если и поныне большинство биологов и медиков имеют представление об управлении в клетке на основе парадигмы стабилизирующей, порочной ООС (по аналогии с историей парадигмы Птолемея Коперника, названной нами "земноцентрической"), и формируемого ею "быстрого осциллятора" Хакена, - а на деле клеткой и организмом, как показывает строгое моделирование и эксперимент, заправляет "медленная биология" (мнение крупнейшего в хронобиологии английского ученого Питтендрика ), коренным образом другая ("солнечноцентрическая" как бы, с тяжелой массой депо), чем мы привыкли, то рано или поздно прежнюю и несовершенную фазу синергетики в ее хакеновском варианте придется пересмотреть. И дело не в том, что в западной синергетике нет понятий иерархии, или медленных переменных, или нет понятия о существенно трехмерных динамических явлениях типа хаоса и мультичастотных осцилляциях, - все это там есть. Но несимметрия биологических объектов меняет эти данные изучения симметричных нелинейных систем следующим образом. Во-первых, хотя хаос и есть, но область хаоса в таких более глубоких системах описания и управления природой значительно сужается, клетка умеет избегать "флаттера самолетов" и регулирует свои "бури и ураганы" - это делают нелинейные механизмы депо. Но при этом хаос остается биологически нужным информационно, частотно, для предотвращения опасной для жизни синхронизации частей (она грозит взрывоопасными процессами, теми же "бурями"). Хаос в клетке есть, но он находится под контролем и работает на дело. Во-вторых, влияние скрытых, почти незаметно меняющихся клеточных параметров, депо, на осцилляторы, управляющие равновесием клетки, не только важно для гомеостаза, стабильности, но оно неожиданно оказалось крайне важным для перестроек и развития в клетке, процесса адоптоза и энергоза, выхода клетки из энергетических кризисов (дизэнергозов, дизадоптозов) при перенагрузке и патологиях. Придумав в 1976-1978 гг. авторскую ЭВМ-программу, разрешившую проблему выработки средств качественного анализа многомерных динамических колебаний - эту ключевую задачу современной теории динамических систем, - мы с помощью аппарата карт Пуанкаре на циклах вскоре построили вычислительные методы анализа семейств так называемых многообходных циклов и хаотических аттракторов в модели управления энергетикой клетки. Новые методы позволили парадигматически принципиально по-новому взглянуть на проблемы энергетики клетки, которые биохимия решала веками. Модель самоадаптационного управления энергетики клетки на многообходных циклах и их эволюции представляет значительный интерес в приложениях: многомерные колебания и их усложнения дают возможность перейти от быстрых и низкоамплитудных циклов (в господствующей парадигме, парадигме западной синергетики) к медленным и высокоамплитудным, что физиологически означает рост запасов клетки и новые возможности "бухгалтерских заемов" во времени (позволяющие успешно разрешить все трудности адоптоза, ликвидировать кризисы клетки при патологиях). Это повышает "ступенчато" энергетические возможности клетки и качественно расширяет ее возможности произвести работу "репараций" и адаптивных перестроек при заболеваниях организма и его перегрузках от вызовов среды. Отметим те выводы, которые указывают на новые возможности, представляемые биомедицине новой парадигмой: тренированный организм имеет высоконелинейные системы управления энергетикой; метаболизм и его управление синергически, мультипликативно поддерживают друг друга и развивают вместе высокую эффективность и реактивность на удары среды или патологии. Новая парадигма представляет также примеры сильнонелинейных режимов, многообходных циклов: в наших моделях биохимического осциллятора-волчка он неожиданно "переворачивается" от депо D, и "кувыркается" под его воздействием, как планета Земля время от времени сменяет полюсы. Сложность колебаний обеспечивает их проявление только в длиннопериодическом мире, почему эта область меньше изучена (и раньше ее "не видели", ибо вся экспериментальная область наблюдала процессы недолго, что экономически удобно, но это и привело к ошибочной распространенной парадигме "блицкрига", парадигме "быстрых колебаний по патологически замкнутому кругу"; такие колебания не могут обеспечить адоптоза и развития клетки, что в методиках лечения у биомедицины дает только консервирующие и разрушительные методы, плохо эффективные или вредные, как в медицине мозга, где почти вся "химия" лекарств имеет на длиннопериодических масштабах инверсные эффекты. То есть, например, депрессия сперва эффективно исправляется, а потом сугубо и необратимо углубляется тем же лекарством; такими свойствами обладает большинство лекарств в этой области). Но на самом деле по ней имеются многочисленные надежные экспериментальные данные широчайшего распространения и ключевой важности таких процессов в природе. Такую исключительную важность математики для биологии и парадигмы "вековых движений планет" для естествознания и мировоззрения еще в середине 70-х годов предсказывал ученик академика А.Н.Колмогорова академик В.И.Арнольд. Его работы того времени сильно стимулировали наши продвижения в биологии, в математической теории "причинного уровня" жизни.
Наиболее близко к новой, незападной, русской синергетике, в которой паллиативные быстрые процессы колебаний подчинены более глубоким, сущностным и более неравновесным, медленным процессам, синергетике не покоя "по кругу", а острого, но управляемого развития, подошел лидер московской школы синергетиков член-корреспондент РАН С.П.Курдюмов. На нелинейном уравнении межнаучного характера он построил некую обобщенную "философию горения". Она близка в основе к идее жизни, как огня, энергетики, дыхания (горения), способного к развивающейся логике, а не к круговороту на месте. Тепловое пятно, "огонек" Курдюмова на быстрых временах как бы сдается ветрам, сопротивлению среды, падает по амплитуде и ареалу распространения, но потом, как бы укрепляясь "спором с ветрами", неожиданно, "при самом издыхании", укрепляется и "стает вровень" с хорошим уровнем, а потом и показывает нечаянное высокое развитие, расцвет. Будем думать, что по сценарию новой, "русской синергетики" пойдет и нечаянное всем врагам бурное и устойчивое развитие России, а за ней и всего мира, в меру усвоения им "русской синергетики". Депо в уравнении Курдюмова нет. Но сильная нелинейность источника тепла, означающая цепные процессы химического размножения при горении, открытые российским ученым Н.Семеновым в 30-40-е годы, приводит к накопительным процессам в системе, а стало быть, и к наличию скрытого депо. Отсюда и неожиданное значение медленных времен, развитие, и асимметрические резкие, замечательные перестройки. Обычные цепные процессы Семенова - это раковый опухолевый рост, неуправляемая вещь. Но Курдюмов показал, что при более сильной нелинейности источника тепла фактически цепные процессы идут с ограничением, управляемо. Это не раковый, а полезный рост, развитие. Есть ограничивающая рост ООС связь, разум. В явном виде нет у Курдюмова и пары химических процессов, как в метаболизме, круговороте жизни. Но пара "кинетика-диффузия" у него фактически играет роль катаболически-анаболической системы. Это математически и физически происходит потому, что диффузия есть "фактор задержки", а на факторе задержки "работает" цепь Гудвина, которая, как мы показали, математически эквивалентна нашей катаболически-анаболической системе с депо. При сильно нелинейной диффузии у Курдюмова усиливаются управляемые процессы - формообразование, развитие и превращения форм. В нашей модели происходят точно такие же процессы, но только в форме не неравновесного процесса горения, а усложнения процессов более сложной природы - колебательных, но тоже в развивающемся сценарии, в адоптозе. Это происходит у нас через наращивание нелинейности в цепи Гудвина и числа звеньев в ней (эквивалент нелинейности в диффузионном члене у Курдюмова). Отметим, что заслугой Селькова является открытие того, что именно сильная нелинейность (n >1), которой он "поправил" билинейный член в известном уравнении колебаний в биологии Лотка (начало ХХ в.), XY заменив на ХYn, переводит биологический осциллятор в устойчивые самоподдерживающиеся колебания (вместо хрупких, "гамильтоновых", при недостаточной нелинейности). Все выше нами описанные "фокусы" в новой парадигме также на самом деле устроены на сильных нелинейностях некоторых членов уравнений (в осцилляторе это Y5, в нелинейной связи депо с осциллятором это Х4). На самом деле в биологии слишком уж больших нелинейностей (как в уравнении тепла Курдюмова) не требуется, ибо работает не один фактор, а сочетание факторов (и особенно их разница, тонкое, дифференциальное, "информационное" сравнение); малые факторы накапливаются в большие, как в своей "биологической хинчинологии" учил известный биоматематик А.М.Молчанов. Члены с переменной X в четвертой степени в наших уравнениях стоят в разности...
Общий вывод заключается в том, что различные исследователи постепенно приходят к новой синергетике, в которой медленные и глубинные процессы сильно взаимодействуют с быстрыми, те и другие активно влияют друг на друга, что приводит к процессам развития. В новой медицине XXI в., опирающейся на адоптоз, тренинг, эндогенное самолечение клетки - эта нелинейная идеология будет иметь экстраординарное и путеводное значение. Она вскроет неожиданные, непривычные сценарии взаимодействия, далеко выходящие за рамки устаревшей господствующей ныне идеи, идеи отрицательной обратной связи, загоняющей биологическую систему в равновесие. Парадигма чего ныне, к сожалению, господствует в биологии и медицине через старое мышление врачей и их учителей, что на практике, как мы указали выше, приводит к самым плачевным последствиям. Надеемся, что эти важные выводы новой синергетики будут динамично и вовремя осознаны широким сообществом и существующий на старой парадигме биогеноцид (депопуляция из-за непонимания природы болезней в их источнике в дизадоптозе и непонимания главного пути лечения дизадолтозов - через нелинейную теорию медленных многообходных циклов) сменится на колоссальные успехи новой медицины. Будет эпоха "цветущей сложности", удивительно предсказанная русским философом Константином Леонтьевым еще в 60-80-е годы XIX в.!
Опубликовано 31 января 2005 года
Новые статьи на library.by:
ФИЛОСОФИЯ:
Комментируем публикацию: МЕТАБОЛИЧЕСКАЯ СИНЕРГЕТИКА КЛЕТКИ: СМЕНА ПАРАДИГМ СИНЕРГЕТИКИ
подняться наверх ↑
ССЫЛКИ ДЛЯ СПИСКА ЛИТЕРАТУРЫ
По стандарту ВАК Республики Беларусь
Стандарт используется в белорусских учебных заведениях различного типа.
По ГОСТу Российской Федерации
Для образовательных и научно-исследовательских учреждений РФ
Прямой URL на данную страницу для блога или сайта
Полностью готовые для научного цитирования ссылки. Вставьте их в статью, исследование, реферат, курсой или дипломный проект, чтобы сослаться на данную публикацию №1107198843 в базе LIBRARY.BY.
подняться наверх ↑
ПАРТНЁРЫ БИБЛИОТЕКИ рекомендуем!
подняться наверх ↑
ОБРАТНО В РУБРИКУ?
Уважаемый читатель! Подписывайтесь на LIBRARY.BY в VKновости, VKтрансляция и Одноклассниках, чтобы быстро узнавать о событиях онлайн библиотеки.
Добавить статью
Обнародовать свои произведения
Редактировать работы
Для действующих авторов
Зарегистрироваться
Доступ к модулю публикаций