четверг, 22 марта 2018 г.

ДНК. Эволюция восприятия


Способность клетки обрабатывать информацию обусловлена числом комплексов белков-рецепторов/эффекторов, включённых в её мембрану. Т.к. мембрана тонкая, она может вмещать только 1 слой подобных белков, и потому способность клетки к обработке информации пропорциональна площади поверхности её мембраны. Согласно этой модели, поведение клетки, генная активность и даже переписывание генетических кодов управляются динамическими отношениями клетки с окружающей средой в ходе процесса восприятия ею новой информации. Клетка "обучается" и развивается, создавая новые белки в ответ на неизвестные ранее воздействия окружающей среды.

В случае простой одноклеточной бактерии, бОльшая часть мембранных белков-рецепторов/эффекторов необходима для обеспечения её выживания, однако каждая бактерия также способна обучиться реагировать примерно на 6 различных сигналов окружающей среды. 

В результате бактерии создают в среднем около 6 различных плазмид ("новых" генов памяти в малых кольцах ДНК), каждая из которых порождена уникальным опытом клеточного обучения.

Ограничение числа плазмид бактерии обусловлено вовсе не её неспособностью к производству ДНК — она может произввести тысячи копий любой своей отдельной плазмиды. По мнению учёного Брюса Липтона, это ограничение связано с тем, что каждый "новый" белковый комплекс восприятия требует части мембранной поверхности для своего функционирования. Неспособность к расширению мембраны определяет невозможность освоения бактерией новых цепочек восприятия. Но чем богаче восприятие, тем больше способность организма к к выживанию. Ограниченные возможности каждой отдельной бактерии приводят к тому, что бактерии образуют связанные сообщества, и к развитию совместных механизмов копирования и использования цепочек восприятия, закодированных в плазмидах.

Затем эволюция предприняла дальнейшие шаги для расширения возможностей биологического восприятия путём создания так называемых внеклеточных матриксов — мембран, охватывающих целые клеточные сообщества. Подобные биоплёнки позволили жизни на Земле покинуть океаны и совершить первый набег на твёрдую почву. И сегодня эти примитивные формы жизни продолжают своё существование в виде поверхностных плёнок, покрывающих самые разные предметы — от зубов до водопроводных труб.

В свою очередь, это достижение привело к развитию многоклеточной жизни и следующему гигантскому скачку приливной волны эволюции. Расширяя общую площадь клеточных мембран (и тем самым восприятие), многоклеточные организмы предоставили биологической жизни наилучшую возможность развития. 

Как пример — эволюция мозга позвоночных. Вначале их мозг представлял собой маленькую и гладкую сферу. Но постепенно он становился всё больше и всё бОльшая часть его поверхности покрывалась складками, что позволяло максимально увеличить площадь окружающей его мембраны (коры) — и тем самым возможности восприятия. Типичным примером является человеческий мозг, который по степени выраженности складок своей коры уступает только мозгу дельфина.

Брюс Липтон и другие исследователи указали на то, что оптимальный способ организации двумерной мембранной поверхности в 3х-мерном пространстве описывается фрактальной геометрией. Значит, и здесь работает так называемый "голографический принцип", на этот раз — в эволюции биологического восприятия.

Из ИНЕТА

1 комментарий:

  1. "Недавно познакомилась с работами американского учёного и доктора философских наук Брюса Липтона. Его идеи очень новаторские и интересные, хотя и не всегда подкреплены достаточным количеством экспериментальных данных. Изложу кратко некоторые из них.

    Известно, что подавляющее количество генетического материала клетки сосредоточено в её ядре. Липтон указал на следующее: если считать, что гены представляют собой центр управления, или "мозг" клетки, то удаление ядра из клетки должно приводить к остановке всех её функций и смерти. Однако клетки, лишённые ядер, могут жить без генов несколько месяцев и сохраняют способность к сложным реакциям на стимулы как из окружающей среды, так и изнутри самой клетки. На этом основании Липтон предположил, что "мозгом" клетки является её внешняя граница — клеточная мембрана.

    Способность клеточной мембраны служить полупроницаемым барьером позволяет клетке защищаться от внешней среды и осуществлять управление своим внутренним состоянием. Однако мембрана не является пассивной границей, а служит активным посредником в передаче информации между внешним окружением и внутренностью клетки, задействуя белки, из которых состоит. Таким образом, процесс приспособления клетки к внешнему миру действенно контролируется мембраной, распознающей сигналы из окружающей среды с помощью белков-рецепторов, которые воспринимают как физические сигналы (например, в виде электрически заряженных ионов), так и энергетические сигналы, переносимые электромагнитными колебаниями.

    Липтон описал мембранный барьер, который охватывает каждую клетку, как структурное основание системы обработки биологической информации. Согласно его описанию, белки-рецепторы настроены на выделение гармонически резонирующих сигналов из шумового фона. Эта способность клетки чем-то напоминает использование математических преобразований Фурье для расшифровки базового волнового информационного пакета путём фильтрации наложенного на него шума. Клетка считывает сигналы выборочно, откликаясь только на те из них, которые важны для её существования. Такие сигналы заставляют белки-рецепторы связываться с комплементарными им так называемыми "белками-эффекторами ", которые в свою очередь управляют поведением клетки, запуская внутренние процессы при посредстве группы белков, находящихся внутри неё.

    Как белки-рецепторы, так и белки-эффекторы включены в мембрану клетки и вместе обеспечивают клетке восприятие внешнего мира. Похоже, они также управляют включением и отключением генных программ и обеспечивают переписывание кода ДНК в ответ на стресс."

    ОтветитьУдалить