Волновая генетика

Существуют  ли солитоны в ДНК и белках в  действительности? Были предприняты  попытки обнаружения нелинейных волн такого рода на указанных биополимерах in vitro методом спектроскопии корреляции фотонов. Обнаружились эффекты, которые по ряду признаков соответствуют, в частности, процессу спонтанного солитонообразования в рамках явления возврата Ферми-Паста-Улама. С этой целью использовали метод корреляционной лазерной спектроскопии ДНК животного происхождения. Обнаружилось, что при переходе от разбавленного раствора ДНК к полуразбавленному фиксируются аномально долго затухающие колебания плотности гелевого континуума ДНК. Слабозатухающие колебания исчезают по мере перехода от полуразбавленного к разбавленному раствору и в результате уменьшения длины фрагментов ДНК. Эти данные подтверждают предположение о том, что явление самоорганизации волновых (акустических) процессов в ДНК можно ожидать только при таких физических условиях, когда существенную роль играют кооперативные процессы на уровне макромолекулярного континуума молекул ДНК, приближающегося к структуре хромосом. Чем более структура растворов ДНК отличается от архитектоники ДНК в хромосомах (в приводимых экспериментах — это короткие фрагменты полимера), тем менее существенны коллективные дальние (в масштабах макромолекулярных протяженностей полинуклеотида) взаимодействия между цепями ДНК, столь важные для эпигенетических функций генома. Ключевым звеном в данных экспериментах является четкая регистрация для ДНК того факта, который был ранее обнаружен для агарозы и коллагена, а именно практической незатухаемости колебаний биогелей и периодических повторов автокорреляционных функций интенсивности лазерного светорассеяния. Это позволяет рассматривать нелинейную динамику такого рода для ДНК и других информационных биополимеров как проявление солитонных свойств в рамках явления возврата Ферми-Паста-Улама (ФПУ). Нелинейная динамика ДНК, ее гидродинамическое поведение и акустика чрезвычайно чувствительны к внешним физическим воздействиям in vitro — энзиматической рестрикции, разбавлению-концентрированию, нагреву-охлаждению, ультразвуковой обработке, слабым механическим воздействиям, облучению ИК-лазерным полем, электромагнитным полем ФПУ-генератора с широкополосным спектром. Эти и аналогичные факторы могут и должны в той или иной мере оказывать влияние на генетический аппарат в условиях in vivo, искажающее нормальные эпигенознаковые функции хромосом, что также подтверждается в наших экспериментах.

Относительно  данных по кольцевым суперспирализованным и линеаризованным плазмидам. Обнаружено резкое различие коэффициентов диффузии для плазмидных ДНК, которое важно для понимания механизмов управляемого «пилотирования» и точной «посадки» транспозонов ДНК (аналогов плазмид) в пределах жидкокристаллического сверхвязкого и сверхплотного континуума хромосом высших биосистем. Эта задача находится в рамках общей и нерешенной проблемы молекулярной биологии — проблемы самоорганизации внутриклеточных, межклеточных и межтканевых структур, их «взаимоузнаваний». Ясно, что зная волновые, гидродинамические и иные механизмы точного пилотирования таких немаловажных для человека транспозонов как онкогены и обратнотранскриптазный геном Вируса Иммунодефицита Человека, мы будем иметь возможность корректировать их в необходимом направлении, исключающем патогенез. Не менее существенным представляется факт обнаружения нелинейной динамики ДНК с признаками поведения солитонов по типу явления возврата ФПУ. Это также дает вклад в осознание принципов макромолекулярных и надмолекулярных взаимоузнаваний в пространстве организма по линии солитонно-резонансных дальних взаимодействий и делает более реалистичной попытку дать новую версию работы генома эукариот, обсуждавшуюся выше.

Существенным  представляется обнаруженное нами неизвестное ранее явление последействия ДНК и фантомной памяти ДНК, которые ставят проблему новых типов памяти генома. Возможно, это явление тесно связано с так называемым фантомным листовым эффектом (ФЛЭ) и фантомной памятью ДНК (фпДНК или фДНК), о которой пойдет речь ниже, а также, вероятно, и с памятью коры головного мозга. Но если для ФЛЭ и ассоциативной корковой памяти даны физико-математические модели в терминах и понятиях голографических и солитонных процессов, то фпДНК — явление далеко не ясное и нуждающееся в более глубоком исследовании и осторожной трактовке. Вместе с тем важно установить: является ли фпДНК биологически активной, генетически значимой, в том числе и при ФЛЭ? В теоретической модели ФЛЭ получил физико-математический формализм и биологическую трактовку, но относительно самой фпДНК, реализуемой изолированными препаратами ядер клеток и чистой ДНК, эти представления носят исключительно умозрительный характер. Исследования в этой области свидетельствуют в пользу регуляторной роли фпДНК, действующей прямо и непосредственно на саму же ДНК, модулируя ее динамику в составе клеточных ядер. Этот эффект зарегистрирован нами при динамическом лазерном светорассеянии на препаратах высокоочищенных ядер из эритроцитов кур. Эксперименты проводили таким образом, что вначале делали контрольные измерения фонового светорассеяния в течение 1 часа в отсутствии клеточных ядер. Величины фоновых значений автокорреляционных функций (АКФ) составляли 600-900 условных единиц, что близко к значениям темнового тока. Препарат суспензии нативных или физически модифицированных ядер-доноров из эритроцитов кур (ЯК) с концентрацией 50 мг/мл в высокоочищенном глицерине наливали в кювету 12х12 мм в количестве 1 мл и помещали в кюветное отделение спектрометра MALVERN. Время нахождения ЯК в кюветном отделении в процессе замера АКФ составляло около 10 мин. После этого кюветное отделение считали экспонированным ЯК и проводили тестирование фпДНК в пределах кюветного отделения спектрометра по модуляциям АКФ исходного (контрольного) препарата ЯК-акцептора, используемого как зонд-тест. В результате было обнаружено действие фантома ДНК на ДНК-акцептор, помещенный в зону, которая была экспонирована герметически закрытым препаратом ЯК-донором. Эффект проявлялся в резком изменении нелинейного динамического поведения ДНК — акцептора по типу ДНК-донора.

Что такое фантомная память ДНК (фпДНК, фДНК)? После удаления образца  ДНК из кюветного отделения спектрометра "Malvern" лазерный луч продолжает рассеиваться на «пустом» месте кюветного  отделения примерно так, как это имело бы место, если бы продолжалось зондирование прежнего образца ДНК, но с существенно меньшим сигналом и специфической формой АКФ в виде трапеций с модулированными верхушками. Этот эффект фантома ДНК (фДНК) после однократного часового экспонирования препаратом ДНК продолжается около месяца или более и затем постепенно исчезает или уходит за пределы разрешающей способности аппаратуры, но может быть снова воспроизведен. Аналогичные явления наблюдали и другие исследователи (Allison et al, 1990, Maromolecules, v.23, 1110-1118) и назвали его "MED-effect" (Mimicing Effect of Dust), то есть Эффект, Имитирующий Пыль. Он также обнаружен методом корреляционной лазерной спектроскопии и также на препаратах ДНК, точнее, на рестриктных фрагментах ДНК строго определенной длины. В этих экспериментах, также как и в наших, ДНК вела себя «аномальным» образом: зондирующие фотоны дифрагировали не только на молекулах ДНК но и на «посторонних» пылеподобных частицах, которых в растворе заведомо не было, что специально обеспечивалось перед введением в растворитель препаратов ДНК. Этот никак не прокомментированный эффект сильно затруднил авторам попытки объяснить динамическое поведение ДНК с позиций казалось бы хорошо разработанной теории полимеров в водных растворах. Представляется, что в данном случае светорассеяние происходило не только на реальных фрагментах ДНК, но и на фантомах ДНК, оставляемых броунирующими молекулами этого суперинформационного биополимера. В отличие от наших экспериментов, данные фантомы ДНК регистрировали в водном растворе, в то время как мы зафиксировали этот феномен в воздушной фазе кюветного отделения спектрометра.

В прямой связи  с фантомами генома нами получены результаты по дистантной трансляции искусственного сигнала с ДНК  на ДНК, возможно с участием фДНК. Регистрацию искусственных сигналов проводили методом спектроскопии корреляции фотонов, дифрагируемых препаратами ДНК-акцептора. Не исключено, что ключевые механизмы образования фДНК, их информационной структуры и способов дальних дистантных переносов связаны с генерацией ДНК микролептонов (аксионов), продуцируемых всеми телами и несущих информацию о них. Идея микролептонных отчуждений дает возможность объяснить фантомообразование ДНК как аксионный аналог Мандельштам-Бриллюэновского рассеяния света на гиперзвуке, при котором когерентные фотоны дифрагируют на акустических колебаниях макрокластеров микролептонов, отображающих эпигено-знаковую динамику ДНК. Другая сторона исследуемого явления выходит на гипотетические вакуумные энергоинформационные структуры, поскольку аксионы — претенденты на первичные элементарные частицы, порождаемые вакуумом (Г.И. Шипов, Теория физического вакуума, 1993).

Однако, фантомная  память ДНК и ее пространственные транспозиции остаются пока достаточно экзотичными, адекватная трактовка их — дело будущего. Ближе к реальной физике волновые процессы в ДНК, укладывающиеся в хорошо формализованные понятия солитоники, например, в свойства возврата Ферми-Паста-Улама (ФПУ). Основываясь на физико-математических моделях явления возврата ФПУ, нам удалось создать модель волновых процессов в ДНК с помощью радиоэлектронного устройства — так называемого генератора ФПУ (авторы А.А. Березин и др.). Мы использовали его для передачи супергенетической информации от эмбрионов Xenopus laevis к культуре ткани эктодермы ранней гаструлы того же вида биосистемы. Тем самым продемонстрирована дистантная (от 20 см до 2 м) трансляция морфогенетического сигнала в форме солитонного поля, запуск им цитодифференцировок, гисто- и морфогенезов биоткани в режиме, аналогичном нахождению ее в составе полноценной яйцеклетки. Контрольное «чистое» поле ФПУ генератора было нейтральным по отношению к эмбриональной ткани-акцептору. Еще раз независимыми методами подтвержден постулат Гурвича — Любищева — Казначеева — Дзян Каньдженя о биополевом уровне геноинформации. Иными словами, дуализм совмещающего единства «волна-частица» или «вещество-поле», принятый в квантовой электродинамике, оказался применимым в биологии, что и предсказывали в свое время А.Г. Гурвич и А.А. Любищев. Ген-вещество и ген-поле не исключают друг друга, но взаимно дополняют. Это естественно и логично, поскольку живая материя состоит из не живых атомов и элементарных частиц, которые и совмещают «паранормальным» образом эти фундаментальные свойства, но эти же свойства используются биосистемами в качестве основы для волнового энергоинформационного «метаболизма».

Существует  и другая ипостась знаковых процессов  в генетическом аппарате высших биосистем, связанных с его квази-речевыми характеристиками, а также с генетической атрибутикой словообразований в естественных человеческих языках. Оказывается развитие языков и человеческой речи подчиняется законам формальной генетики (см., например, М.М. Маковский, «Лингвистическая генетика», М., Наука., 1992). По сути, «тексты» ДНК (квази-речь) и письменность людей, их разговоры (истинная речь) выполняют одни и те управленческие, регуляторные функции, но в разных фрактально разнесенных масштабах. ДНК работает на уровне генома организма, человеческая речь используется в масштабах общественного организма. Нам удалось отойти от предшествующей метафоричности использования понятий лингвистики применительно к ДНК, когда без обоснований используют термины «слова», «тесты», «пунктуация», «грамматика». Такому отходу способствовало успешное применение теории фракталей к последовательностям ДНК и структуре человеческих текстов. Выяснилось, что ДНК и человеческая речь обладают идентичной стратегической фрактальной структурой. Вероятно, это каким-то образом коррелирует с фрактальной структурой солитонного акустического и электромагнитного ФПУ-поля, генерируемого хромосомным аппаратом высших биосистем. Именно по этой причине нам удалось зарегистрировать управленческие эффекты на геномах растений, вызываемые с помощью особым образом трансформированной человеческой речи, которая взаимодействует с ДНК in vivo. Этот результат имеет большое методологическое значение и для анализа такого знакового объекта как тексты ДНК, и геном в целом, поскольку в настоящее время знаковая структура генома известна только на уровне триплетного генетического кода. Иные информационные ареалы этого объекта до сих пор не изучены. Биологии предстоит пройти еще большой путь, прежде чем картина знаковых рядов генетического аппарата станет относительно ясной. Однако, уже сейчас предлагаемая нами методология позволяет сопоставлять различные естественные последовательности ДНК и РНК с оценкой меры их сходства и различия, а также степени относительной сложности их знаковой структуры. Эта же идеология применима, вероятно, и к анализу человеческой речи. Если мы правы в своих логических и экспериментальных построениях, то в общем плане открываются новые стратегические мотивы в понимании мышления и сознания через его отображения в знаковых (смысловых) рядах на разных уровнях организации Живой материи — на уровне человеческой речи (высшая форма сознания) и квази-речи генетических молекул (квази-сознание генома). Это хорошо соответствует идеям Хомского (Chomsky N., «Essays on Language»). N.Y., 1975), постулирующего универсалии, которые лежат в основе любого языка и которые объединяются в «универсальную грамматику». Такая «универсальная грамматика», по Хомскому, является врожденной, то есть имеет генетические детерминанты. Это чрезвычайно важное обстоятельство, которое еще раз наводит на мысль о возможном родстве знаковых структур ДНК и речевых образований. В какой-то мере мы подтвердили указанное положение, показав родство фракталей ДНК и человеческой речи. Это адекватно идее Хомского, что глубинные синтаксические конструкции, составляющие основу языка, передаются по наследству от поколения к поколению, обеспечивая каждому индивидууму возможность овладеть языком своих предков. То, что ребенок овладевает любым языком, объясняется как раз тем, что в своей основе грамматики всех языков совпадают. Суть человеческого языка инвариантна для всех людей.

Основываясь на работах по лингвистической генетике и собственных исследованиях, мы полагаем, что эта инвариантность распространяется глубже, достигая макромолекулярных  смысловых («речевых») структур хромосом. И этому есть определенные экспериментальные подтверждения, полученные нами и выводящие на практически весьма значимые методологические подходы мягкого регуляторного вхождения в неизвестные ранее семиотические ареалы нашего генетического аппарата. Это необходимо для создания предпосылок модификации собственной эволюции и, возможно, эволюции всей биосферы планеты. Вместе с тем такая перспектива требует нравственно и этически взвешенного подхода, поскольку произвольные коррективы здесь могут привести к быстрому саморазрушению человечества и всего Живого на Земле. В связи с развитием идей волновой (и «речевой») генетики необходима система жестко определенных запретов в экспериментах в этой нарождающейся области знания, подобная существующей в генетической инженерии.

Идея квазивербального или, что одно и то же, образного  уровня кодовых функций ДНК (в  пределе хромосомного континуума биосистемы) дает выход из ограниченного функционального  поля триплетного генетического  кода, не объясняющего, как в геноме зашифрована пространственно-временная структура организма. Конечная цель предлагаемого анализа — выделение знаковых единиц различных уровней и понимание их семантики в функциональном пространстве ДНК-БЕЛОК, которое, по крайней мере для ферментов, чрезвычайно гетерогенно (активный центр, сайты узнаваний, архитектоника водородно-гидрофобных сил самоорганизации пептидной цепи). Многоязычный метаболический «разговор» между информационными биополимерами клетки и их функционирование как результат обмена языковыми биосигналами предполагает два взаимно коррелированного уровня этого обмена — вещественный и волновой. Вещественный хорошо изучен (матричное копирование ДНК-РНК-Белки, взаимодействие антиген-антитело, самосборка клеточных структур), а тесно связанный с ним волновой уровень — изучен в меньшей степени. В последнем случае ситуация не так проста, но не менее значима. Электромагнитные и акустические излучения белков, нуклеиновых кислот, мембран и цитоскелета хорошо известны. Представляется, что это волновой уровень информационных контактов клеточно-тканевого пространства, выводящий метаболические процессы в полевое измерение со своей языковой спецификой и регуляцией.

Рассматриваемые биоинформационные потоки, сцепленные с обменом веществ и энергии, не ограничиваются делением знаковых рядов на вещество и поле, но многократно умножаются фрактальностью этих рядов. Например, в акустико-электромагнитной компоненте сигнальных функций ДНК наблюдается фрактальность солитонного поля, формально описываемого уравнениями в рамках явления возврата Ферми-Паста-Улама. Это еще более усложняет семантический анализ белково-нуклеиновых и иных информационных контактов биоструктур. Можно полагать, что в живых клетках существует иерархия вещественно-волновых знаковых структур, где условная градация «буква (фонема) — морфема — слово — предложение...» определяет фрактальность этих структур. И то, что в одном масштабе является «словом», в другом, более крупном, может быть лишь «буквой» и т.д. Другая сложность связана с понятием «рамки считывания». Сдвиг на одну букву (или небольшое изменение фазы, поляризации, частоты) может полностью поменять смысл читаемого текста (воспринимаемого образа), не говоря уже о том, что сами тексты, к примеру, в одних и тех же последовательностях ДНК могут быть записаны разными языками. И, тем не менее, предлагаемая логика работы с метаболической биоинформацией неизбежна, если мы хотим понять сущность феномена жизни. Сказанное не относится исключительно к известному триплетному генетическому коду. Он удобен как исходная позиция, когда дешифрован первичный уровень поликодов ДНК, уровень вещественно-матричных геносигналов, составляющих 1%-5% от всей массы геномной ДНК. Оставшаяся большая часть ДНК, существующая в понимании большинства генетиков в качестве «мусорной», несет, вероятно, стратегическую информацию о биосистеме в форме потенциальных и действительных волновых сигналов солитонной, голографической и иной образно-знаковой, в том числе и, возможно, рече-подобной структуры.