Gen-Fernübertragung: Forschung des Wissenschaftlers Alexander Gurvich

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-16 16:01

Im späten Frühjahr 1906 wurde Alexander Gavrilovich Gurvich, Mitte Dreißig, bereits ein bekannter Wissenschaftler, aus der Armee demobilisiert. Während des Krieges mit Japan diente er als Arzt im in Tschernigow stationierten hinteren Regiment. (Dort schrieb und illustrierte Gurvich nach seinen eigenen Worten „auf der Flucht vor dem erzwungenen Müßiggang“den „Atlas und Essay zur Embryologie der Wirbeltiere“, der in den nächsten drei Jahren in drei Sprachen veröffentlicht wurde).

Jetzt fährt er mit seiner jungen Frau und seiner kleinen Tochter für den ganzen Sommer nach Rostow dem Großen - zu den Eltern seiner Frau. Er hat keine Arbeit, und er weiß noch immer nicht, ob er in Russland bleibt oder wieder ins Ausland geht.

Dahinter die Medizinische Fakultät der Universität München, Dissertationsverteidigung, Straßburg und die Universität Bern. Der junge russische Wissenschaftler kennt bereits viele europäische Biologen, seine Experimente werden von Hans Driesch und Wilhelm Roux sehr geschätzt. Und nun - drei Monate völlige Isolation von wissenschaftlicher Arbeit und Kontakten zu Kollegen.

Diesen Sommer A. G. Gurvich reflektiert die von ihm selbst formulierte Frage: "Was bedeutet es, dass ich mich Biologe nenne, und was will ich eigentlich wissen?" In Anbetracht des gründlich untersuchten und illustrierten Prozesses der Spermatogenese kommt er dann zu dem Schluss, dass das Wesen der Manifestation von Lebewesen in Verbindungen zwischen einzelnen Ereignissen besteht, die synchron auftreten. Dies bestimmte seinen "Blickwinkel" in der Biologie.

Das gedruckte Erbe von A. G. Gurvich - mehr als 150 wissenschaftliche Arbeiten. Die meisten von ihnen wurden in deutscher, französischer und englischer Sprache veröffentlicht und waren im Besitz von Alexander Gavrilovich. Seine Arbeit hinterließ einen hellen Eindruck in der Embryologie, Zytologie, Histologie, Histophysiologie und allgemeinen Biologie. Aber vielleicht wäre es richtig zu sagen, dass "die Hauptrichtung seiner schöpferischen Tätigkeit die Philosophie der Biologie war" (aus dem Buch "Alexander Gavrilovich Gurvich. (1874-1954)". Moskau: Nauka, 1970).

AG Gurvich führte 1912 als erster das Konzept des "Feldes" in die Biologie ein. Die Entwicklung des biologischen Feldkonzeptes war das Hauptthema seiner Arbeit und dauerte mehr als ein Jahrzehnt. Während dieser Zeit haben sich Gurvichs Ansichten über die Natur des biologischen Feldes tiefgreifend verändert, aber sie sprachen immer vom Feld als einem einzigen Faktor, der die Richtung und Ordnung der biologischen Prozesse bestimmt.

Unnötig zu erwähnen, welch trauriges Schicksal dieses Konzept im nächsten halben Jahrhundert erwartete. Es gab viele Spekulationen, deren Autoren behaupteten, die physikalische Natur des sogenannten "Biofeldes" verstanden zu haben, jemand nahm sich sofort vor, Menschen zu behandeln. Einige bezogen sich auf A. G. Gurvich, ohne sich um Versuche zu bemühen, die Bedeutung seines Werkes zu ergründen. Die Mehrheit wusste nichts von Gurvich und bezog sich glücklicherweise auch nicht darauf, da weder der Begriff "Biofeld" selbst, noch verschiedene Erklärungen seiner Wirkung durch A. G. Gurvich hat damit nichts zu tun. Dennoch sorgen die Worte "biologisches Feld" heute bei gebildeten Gesprächspartnern für unverhohlene Skepsis. Eines der Ziele dieses Artikels ist es, den Lesern die wahre Geschichte der Idee eines biologischen Felds in der Wissenschaft zu erzählen.

Was bewegt Zellen

AG Gurvich war mit dem Stand der theoretischen Biologie zu Beginn des 20. Jahrhunderts nicht zufrieden. Die Möglichkeiten der formalen Genetik reizten ihn nicht, da ihm bewusst war, dass sich das Problem der „Vererbung“grundlegend von dem Problem der „Implementierung“von Merkmalen im Körper unterscheidet.

Die vielleicht wichtigste Aufgabe der Biologie bis heute ist die Suche nach einer Antwort auf die „kindliche“Frage: Wie entstehen Lebewesen in all ihrer Vielfalt aus einer mikroskopisch kleinen Kugel einer einzelnen Zelle? Warum bilden sich teilende Zellen keine unförmigen klumpigen Kolonien, sondern komplexe und perfekte Strukturen von Organen und Geweben? In der damaligen Entwicklungsmechanik wurde der von W. Ru vorgeschlagene kausalanalytische Ansatz übernommen: Die Entwicklung des Embryos wird durch eine Vielzahl starrer Ursache-Wirkungs-Beziehungen bestimmt. Dieser Ansatz stimmte jedoch nicht mit den Ergebnissen der Experimente von G. Driesch überein, der bewies, dass experimentell verursachte scharfe Abweichungen eine erfolgreiche Entwicklung nicht beeinträchtigen können. Dabei werden einzelne Körperteile gar nicht aus den normalen Strukturen geformt - sondern geformt! In gleicher Weise verlief in Gurvichs eigenen Experimenten auch bei intensiver Zentrifugation von Amphibieneiern, die ihre sichtbare Struktur verletzten, die Weiterentwicklung äquivalent, dh sie endete auf die gleiche Weise wie bei intakten Eiern.

Reis. 1 Zahlen A. G. Gurvich von 1914 - schematische Darstellungen von Zellschichten im Neuralrohr eines Haiembryos. 1 - anfängliche Formationskonfiguration (A), nachfolgende Konfiguration (B) (fette Linie - beobachtete Form, gestrichelte - angenommen), 2 - anfängliche (C) und beobachtete Konfiguration (D), 3 - anfängliche (E), vorhergesagte (F) … Senkrechte Linien zeigen die Längsachsen der Zellen - "Wenn Sie zu einem bestimmten Zeitpunkt der Entwicklung eine Kurve senkrecht zu den Zellachsen bauen, können Sie sehen, dass sie mit der Kontur eines späteren Entwicklungsstadiums dieses Bereichs zusammenfällt"

AG Gurvich führte eine statistische Untersuchung von Mitosen (Zellteilungen) in symmetrischen Teilen des sich entwickelnden Embryos oder einzelner Organe durch und begründete das Konzept eines "Normalisierungsfaktors", aus dem später das Konzept eines Feldes entstand. Gurvich stellte fest, dass ein einziger Faktor das Gesamtbild der Verteilung der Mitosen in Teilen des Embryos steuert, ohne den genauen Zeitpunkt und Ort jedes einzelnen zu bestimmen. Zweifellos war die Prämisse der Feldtheorie in der berühmten Driesch-Formel enthalten "Das voraussichtliche Schicksal eines Elements wird durch seine Position als Ganzes bestimmt". Die Kombination dieser Idee mit dem Prinzip der Normalisierung führt Gurvich zu einem Verständnis von Ordnung im Lebendigen als "Unterordnung" der Elemente unter ein Ganzes - im Gegensatz zu ihrer "Interaktion". In seiner Arbeit „Vererbung als Erkenntnisprozess“(1912) entwickelt er erstmals den Begriff des embryonalen Feldes – des Morphs. Tatsächlich war es ein Vorschlag, den Teufelskreis zu durchbrechen: die Entstehung von Heterogenität zwischen zunächst homogenen Elementen als Funktion der Position des Elements in den Raumkoordinaten des Ganzen zu erklären.

Danach begann Gurvich, nach einer Formulierung des Gesetzes zu suchen, das die Bewegung von Zellen im Prozess der Morphogenese beschreibt. Er fand heraus, dass während der Entwicklung des Gehirns in Haiembryonen „die Längsachsen der Zellen der inneren Schicht des Neuralepithels zu einem bestimmten Zeitpunkt nicht senkrecht zur Oberfläche der Formation orientiert waren, sondern zu einem bestimmten Zeitpunkt (15- 20 ') Winkel dazu. Die Ausrichtung der Winkel ist natürlich: Wenn Sie zu einem bestimmten Zeitpunkt der Entwicklung eine Kurve senkrecht zu den Zellachsen konstruieren, können Sie sehen, dass sie mit der Kontur einer späteren Entwicklungsphase dieses Bereichs übereinstimmt “(Abb. 1). Es schien, dass die Zellen "wissen", wo sie sich lehnen und strecken müssen, um die gewünschte Form zu erhalten.

Um diese Beobachtungen zu erklären, hat A. G. Gurvich führte das Konzept einer "Kraftoberfläche" ein, die mit der Kontur der endgültigen Oberfläche des Rudiments zusammenfällt und die Bewegung der Zellen leitet. Gurvich selbst war sich jedoch der Unvollkommenheit dieser Hypothese bewusst. Neben der Komplexität der mathematischen Form begnügte er sich nicht mit der „Teleologie“des Konzepts (sie schien die Bewegung der Zellen einer nicht existierenden, zukünftigen Form unterzuordnen). In der nachfolgenden Arbeit "Über den Begriff embryonaler Felder" (1922) "wird die endgültige Konfiguration des Rudiments nicht als anziehende Kraftfläche, sondern als Äquipotentialfläche des von Punktquellen ausgehenden Feldes betrachtet". In derselben Arbeit wurde erstmals der Begriff des "morphogenetischen Feldes" eingeführt.

Die Frage wurde von Gurvich so umfassend und erschöpfend gestellt, dass jede zukünftige Theorie der Morphogenese im Wesentlichen nur eine andere Art von Feldtheorie sein wird.

LV Belousov, 1970

Biogenes Ultraviolett

„Die Grundlagen und Wurzeln des Problems der Mitogenese wurden in meinem nie nachlassenden Interesse am wundersamen Phänomen der Karyokinese gelegt (so wurde Mitose Mitte des letzten Jahrhunderts genannt. - Anm. d. Red.)“, schrieb A. G. Gurvich 1941 in seinen autobiographischen Notizen."Mitogenese" - ein Arbeitsbegriff, der im Labor von Gurvich geboren wurde und bald allgemein verwendet wurde, entspricht dem Konzept der "mitogenetischen Strahlung" - sehr schwache ultraviolette Strahlung von tierischen und pflanzlichen Geweben, die den Prozess der Zellteilung anregt (Mitose).

AG Gurvich kam zu dem Schluss, dass es notwendig ist, Mitosen in einem lebenden Objekt nicht als isolierte Ereignisse, sondern als Gesamtheit, als etwas Koordiniertes zu betrachten - seien es streng organisierte Mitosen der ersten Phasen der Eispaltung oder scheinbar zufällige Mitosen in den Geweben von ein ausgewachsenes Tier oder eine Pflanze. Gurvich glaubte, dass nur die Anerkennung der Integrität des Organismus es ermöglichen würde, die Prozesse der molekularen und zellulären Ebene mit den topographischen Merkmalen der Mitosenverteilung zu kombinieren.

Seit Anfang der 1920er Jahre A. G. Gurvich betrachtete verschiedene Möglichkeiten von äußeren Einflüssen, die die Mitose stimulieren. In seinem Blickfeld lag das damals von dem deutschen Botaniker G. Haberlandt entwickelte Konzept der Pflanzenhormone. (Er legte eine Aufschlämmung zerkleinerter Zellen auf Pflanzengewebe und beobachtete, wie sich Gewebezellen aktiver zu teilen beginnen.) Aber es war nicht klar, warum das chemische Signal nicht alle Zellen gleich beeinflusst, warum sich beispielsweise kleine Zellen mehr teilen oft als große. Gurvich vermutete, dass der springende Punkt in der Struktur der Zelloberfläche liegt: Vielleicht sind in jungen Zellen die Oberflächenelemente auf eine besondere Weise organisiert, die für die Wahrnehmung von Signalen günstig ist, und wenn die Zelle wächst, wird diese Organisation gestört. (Natürlich gab es damals noch kein Konzept von Hormonrezeptoren.)

Wenn diese Annahme jedoch richtig ist und die räumliche Verteilung einiger Elemente für die Wahrnehmung des Signals wichtig ist, liegt die Annahme nahe, dass das Signal möglicherweise nicht chemischer, sondern physikalischer Natur ist: zum Beispiel Strahlung, die einige Strukturen der Zelle beeinflusst Oberfläche ist resonant. Diese Überlegungen wurden schließlich in einem Experiment bestätigt, das später allgemein bekannt wurde.

Reis. 2 Induktion der Mitose an der Spitze der Zwiebelwurzel (Zeichnung aus der Arbeit "Das Problem der Zellteilung physiologisch betrachtet", Berlin, 1926). Erläuterungen im Text

Hier ist eine Beschreibung dieses Experiments, das 1923 an der Krim-Universität durchgeführt wurde. „Die mit der Zwiebel verbundene emittierende Wurzel (Induktor) wurde horizontal verstärkt und ihre Spitze wurde auf die Meristemzone gerichtet (dh auf die Zone der Zellproliferation, in diesem Fall auch in der Nähe der Wurzelspitze. - Ed. Anm.) der zweiten ähnlichen Wurzel (Detektor) vertikal befestigt. Der Abstand zwischen den Wurzeln betrug 2–3 mm “(Abb. 2). Am Ende der Aufnahme wurde die Wahrnehmungswurzel präzise markiert, fixiert und in eine Reihe parallel zur Medialebene verlaufende Längsschnitte geschnitten. Die Schnitte wurden unter einem Mikroskop untersucht und die Anzahl der Mitosen wurde auf der bestrahlten und der Kontrollseite gezählt.

Zu dieser Zeit war bereits bekannt, dass die Diskrepanz zwischen der Anzahl der Mitosen (meist 1000-2000) in beiden Hälften der Wurzelspitze normalerweise 3-5% nicht überschreitet. So zeugte "ein signifikantes, systematisches, stark begrenztes Übergewicht in der Anzahl der Mitosen" in der zentralen Zone der wahrnehmenden Wurzel - und dies sahen die Forscher an den Schnitten - unbestreitbar für den Einfluss eines äußeren Faktors. Etwas, das von der Spitze der Induktorwurzel ausging, zwang die Zellen der Detektorwurzel, sich aktiver zu teilen (Abb. 3).

Weitere Untersuchungen zeigten eindeutig, dass es um Strahlung und nicht um flüchtige Chemikalien ging. Der Aufprall breitete sich in Form eines schmalen Parallelstrahls aus – sobald die einleitende Wurzel leicht zur Seite ausgelenkt wurde, verschwand der Effekt. Es verschwand auch, als eine Glasplatte zwischen die Wurzeln gelegt wurde. Aber wenn die Platte aus Quarz bestand, blieb der Effekt bestehen! Dies deutete darauf hin, dass die Strahlung ultraviolett war. Später wurden seine Spektralgrenzen genauer festgelegt - 190-330 nm, und die durchschnittliche Intensität wurde auf 300-1000 Photonen / s pro Quadratzentimeter geschätzt. Mit anderen Worten, die von Gurvich entdeckte mitogenetische Strahlung war mittleres und nahes Ultraviolett von extrem geringer Intensität. (Nach modernen Daten ist die Intensität noch geringer - sie liegt in der Größenordnung von mehreren zehn Photonen / s pro Quadratzentimeter.)

Reis. 3 Grafische Darstellung der Effekte von vier Experimenten. Die positive Richtung (oberhalb der Abszissenachse) bedeutet das Überwiegen der Mitose auf der bestrahlten Seite

Eine natürliche Frage: Was ist mit dem Ultraviolett des Sonnenspektrums, beeinflusst es die Zellteilung? In Experimenten wurde ein solcher Effekt ausgeschlossen: Im Buch von A. G. Gurvich und L. D. Gurvich "Mitogenetische Strahlung" (M., Medgiz, 1945), im Abschnitt der methodischen Empfehlungen wird deutlich darauf hingewiesen, dass die Fenster während der Experimente geschlossen werden sollten, in Laboratorien keine offenen Flammen und keine elektrischen Funkenquellen vorhanden sein sollten. Außerdem wurden die Experimente notwendigerweise von Kontrollen begleitet. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die Intensität der Sonnen-UV deutlich höher ist, daher sollte ihre Wirkung auf lebende Objekte in der Natur höchstwahrscheinlich völlig anders sein.

Die Arbeit an diesem Thema wurde nach dem Übergang von A. G. Gurvich im Jahr 1925 an der Moskauer Universität einstimmig zum Leiter der Abteilung für Histologie und Embryologie der Medizinischen Fakultät gewählt. Mitogenetische Strahlung wurde in Hefe- und Bakterienzellen, spaltenden Eiern von Seeigeln und Amphibien, Gewebekulturen, Zellen bösartiger Tumoren, Nerven- (einschließlich isolierter Axone) und Muskulatur, Blut gesunder Organismen gefunden. Wie der Auflistung zu entnehmen ist, wurden auch nicht spaltbare Gewebe emittiert - erinnern wir uns an diese Tatsache.

Entwicklungsstörungen von Seeigellarven, die in den 30er Jahren des 20. Jahrhunderts in versiegelten Quarzgefäßen unter dem Einfluss einer längeren mitogenetischen Strahlung von Bakterienkulturen gehalten wurden, wurden von J. und M. Magrou am Pasteur-Institut untersucht. (Heute werden ähnliche Studien mit Fisch- und Amphibienembryonen an der Biofazies der Moskauer Staatlichen Universität von A. B. Burlakov durchgeführt.)

Eine weitere wichtige Frage, die sich Forscher in denselben Jahren stellten: Wie weit breitet sich die Strahlungswirkung im lebenden Gewebe aus? Der Leser wird sich erinnern, dass im Experiment mit Zwiebelwurzeln ein lokaler Effekt beobachtet wurde. Gibt es außer ihm auch Fernkampf? Um dies zu ermitteln, wurden Modellversuche durchgeführt: Bei lokaler Bestrahlung langer Röhrchen, die mit Lösungen von Glucose, Pepton, Nukleinsäuren und anderen Biomolekülen gefüllt waren, breitete sich die Strahlung durch das Röhrchen aus. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der sogenannten Sekundärstrahlung betrug etwa 30 m/s, was die Vermutung über die strahlungschemische Natur des Prozesses bestätigte. (In modernen Begriffen fluoreszieren Biomoleküle, die UV-Photonen absorbieren, und emittieren ein Photon mit einer längeren Wellenlänge. Die Photonen wiederum führten zu nachfolgenden chemischen Umwandlungen.) Tatsächlich wurde in einigen Experimenten eine Strahlungsausbreitung über die gesamte Länge von. beobachtet ein biologisches Objekt (zum Beispiel in den langen Wurzeln desselben Bogens).

Gurvich und seine Mitarbeiter zeigten auch, dass die stark abgeschwächte ultraviolette Strahlung einer physikalischen Quelle ebenso wie ein biologischer Induktor die Zellteilung in den Zwiebelwurzeln fördert.

Unsere Formulierung der Grundeigenschaft eines biologischen Feldes stellt inhaltlich keine Analogien zu bekannten Feldern der Physik dar (obwohl es ihnen natürlich nicht widerspricht).

AG Gurvich. Prinzipien der analytischen Biologie und der Zellfeldtheorie

Photonen leiten

Woher kommt die UV-Strahlung in einer lebenden Zelle? AG Gurvich und Kollegen zeichneten in ihren Experimenten die Spektren enzymatischer und einfacher anorganischer Redoxreaktionen auf. Die Frage nach den Quellen der mitogenetischen Strahlung blieb lange Zeit offen. Aber 1933, nach der Veröffentlichung der Hypothese des Photochemikers V. Frankenburger, wurde die Situation mit der Entstehung intrazellulärer Photonen klar. Frankenburger glaubte, dass die Quelle für das Auftreten hochenergetischer ultravioletter Quanten die seltenen Rekombinationsvorgänge freier Radikale waren, die während chemischer und biochemischer Prozesse auftreten und aufgrund ihrer Seltenheit die Gesamtenergiebilanz der Reaktionen nicht beeinflussten.

Die bei der Rekombination von Radikalen freigesetzte Energie wird von den Substratmolekülen absorbiert und mit einem für diese Moleküle charakteristischen Spektrum emittiert. Dieses Schema wurde von N. N. Semyonov (zukünftiger Nobelpreisträger) und wurde in dieser Form in alle nachfolgenden Artikel und Monographien zur Mitogenese aufgenommen. Die moderne Untersuchung der Chemilumineszenz lebender Systeme hat die Richtigkeit dieser heute allgemein akzeptierten Ansichten bestätigt. Hier nur ein Beispiel: Studien mit fluoreszierenden Proteinen.

Natürlich werden verschiedene chemische Bindungen im Protein absorbiert, einschließlich Peptidbindungen - im mittleren Ultraviolett (am intensivsten - 190-220 nm). Für Fluoreszenzstudien sind jedoch aromatische Aminosäuren, insbesondere Tryptophan, relevant. Es hat ein Absorptionsmaximum bei 280 nm, Phenylalanin bei 254 nm und Tyrosin bei 274 nm. Diese Aminosäuren absorbieren ultraviolette Quanten und emittieren sie dann in Form von Sekundärstrahlung - natürlich mit einer längeren Wellenlänge, mit einem Spektrum, das für einen bestimmten Zustand des Proteins charakteristisch ist. Wenn außerdem mindestens ein Tryptophanrest im Protein vorhanden ist, fluoresziert nur dieser - die von Tyrosin- und Phenylalaninresten absorbierte Energie wird darauf umverteilt. Das Fluoreszenzspektrum des Tryptophanrestes hängt stark von der Umgebung ab – ob sich der Rest beispielsweise in der Nähe der Oberfläche der Kügelchen oder im Inneren usw. befindet, und dieses Spektrum variiert im Bereich von 310–340 nm.

AG Gurvich und seine Mitarbeiter zeigten in Modellexperimenten zur Peptidsynthese, dass Kettenprozesse mit Photonen zur Spaltung (Photodissoziation) oder Synthese (Photosynthese) führen können. Photodissoziationsreaktionen werden von Strahlung begleitet, während die Prozesse der Photosynthese nicht emittieren.

Jetzt wurde klar, warum alle Zellen emittieren, aber während der Mitose - besonders stark. Der Prozess der Mitose ist energieintensiv. Wenn in einer wachsenden Zelle außerdem die Ansammlung und der Verbrauch von Energie parallel zu den assimilativen Prozessen ablaufen, wird während der Mitose nur die von der Zelle in der Interphase gespeicherte Energie verbraucht. Es kommt zu einem Zerfall komplexer intrazellulärer Strukturen (zum Beispiel der Hülle des Zellkerns) und einer energieaufwendigen reversiblen Bildung neuer – zum Beispiel Chromatin-Supercoils.

AG Gurvich und seine Kollegen arbeiteten auch an der Registrierung mitogenetischer Strahlung mit Photonenzählern. Neben dem Gurvich-Labor am Leningrader IEM befinden sich diese Studien auch in Leningrad, am Phystech unter A. F. Ioffe, angeführt von G. M. Frank zusammen mit den Physikern Yu. B. Khariton und S. F. Rodionow.

Im Westen beschäftigten sich so prominente Spezialisten wie B. Raevsky und R. Oduber mit der Registrierung der mitogenetischen Strahlung mit Hilfe von Photomultiplier-Röhren. Erinnern wir uns auch an G. Barth, einen Schüler des berühmten Physikers W. Gerlach (Begründer der quantitativen Spektralanalyse). Barth arbeitete zwei Jahre im Labor von A. G. Gurvich und setzte seine Forschungen in Deutschland fort. Er erzielte bei der Arbeit mit biologischen und chemischen Quellen verlässlich positive Ergebnisse und leistete darüber hinaus einen wichtigen Beitrag zur Methodik zum Nachweis ultraschwacher Strahlung. Barth führte eine vorläufige Empfindlichkeitskalibrierung und Auswahl der Photomultiplier durch. Dieses Verfahren ist heute Pflicht und Routine für jeden, der schwache Lichtströme misst. Allerdings war es gerade die Vernachlässigung dieser und einiger anderer notwendiger Anforderungen, die es einigen Vorkriegsforschern nicht erlaubten, überzeugende Ergebnisse zu erzielen.

Heute liegen am International Institute of Biophysics (Deutschland) unter der Leitung von F. Popp beeindruckende Daten zur Registrierung superschwacher Strahlung aus biologischen Quellen vor. Einige seiner Gegner stehen diesen Werken jedoch skeptisch gegenüber. Sie neigen dazu zu glauben, dass Biophotonen Stoffwechselnebenprodukte sind, eine Art Lichtrauschen, das keine biologische Bedeutung hat. „Die Emission von Licht ist ein ganz natürliches und selbstverständliches Phänomen, das viele chemische Reaktionen begleitet“, betont der Physiker Rainer Ulbrich von der Universität Göttingen. Der Biologe Gunther Rothe schätzt die Situation folgendermaßen ein: „Biophotonen existieren zweifelsfrei – dies wird heute durch hochempfindliche Geräte der modernen Physik eindeutig bestätigt. Was Popps Interpretation betrifft (wir sprechen über die Tatsache, dass Chromosomen angeblich kohärente Photonen emittieren. - Anmerkung der Redaktion) ist dies eine schöne Hypothese, aber die vorgeschlagene experimentelle Bestätigung ist immer noch völlig unzureichend, um ihre Gültigkeit zu erkennen. Andererseits ist zu berücksichtigen, dass hier die Beweisführung sehr schwierig ist, da zum einen die Intensität dieser Photonenstrahlung sehr gering ist und zum anderen die klassischen Methoden zur Detektion von Laserlicht in der Physik schwierig, sich hier zu bewerben."

Unter den in Ihrem Land veröffentlichten biologischen Werken zieht nichts die Aufmerksamkeit der wissenschaftlichen Welt mehr auf sich als Ihre Arbeit.

Aus einem Brief von Albrecht Bethe vom 01.08.1930 an A. G. Gurvich

Kontrolliertes Ungleichgewicht

Regulatorische Phänomene im Protoplasma A. G. Gurvich begann nach seinen frühen Experimenten mit dem Zentrifugieren befruchteter Eier von Amphibien und Stachelhäutern zu spekulieren. Knapp 30 Jahre später, beim Verständnis der Ergebnisse mitogenetischer Experimente, erhielt dieses Thema einen neuen Impuls. Gurvich ist überzeugt, dass die Strukturanalyse eines materiellen Substrats (einer Reihe von Biomolekülen), das unabhängig von seinem Funktionszustand auf äußere Einflüsse reagiert, bedeutungslos ist. AG Gurvich formuliert die physiologische Theorie des Protoplasmas. Sein Wesen ist, dass lebende Systeme einen spezifischen molekularen Apparat zur Energiespeicherung haben, der im Grunde genommen kein Gleichgewicht ist. In verallgemeinerter Form ist dies eine Fixierung der Idee, dass ein Energiezufluss für den Körper nicht nur für Wachstum oder Arbeit notwendig ist, sondern in erster Linie um den Zustand zu erhalten, den wir lebendig nennen.

Die Forscher machten darauf aufmerksam, dass bei eingeschränktem Energiefluss zwangsläufig ein Ausbruch mitogenetischer Strahlung beobachtet wurde, der ein gewisses Stoffwechselniveau des lebenden Systems aufrechterhielt. (Unter "Einschränkung des Energieflusses" ist eine Abnahme der Aktivität enzymatischer Systeme, eine Unterdrückung verschiedener Prozesse des Transmembrantransports, eine Abnahme der Synthese und des Verbrauchs energiereicher Verbindungen zu verstehen - d. h. alle Prozesse, die die Zelle mit Energie versorgen - zum Beispiel bei reversibler Kühlung eines Objekts oder bei milder Anästhesie.) Gurvich formulierte das Konzept extrem labiler molekularer Gebilde mit erhöhtem Energiepotential, Ungleichgewicht in der Natur und vereint durch eine gemeinsame Funktion. Er nannte sie molekulare Nichtgleichgewichtskonstellationen (NMCs).

AG Gurvich glaubte, dass es der Zerfall von NMC war, die Störung der Organisation des Protoplasmas, die einen Strahlungsausbruch verursachte. Hier hat er viel mit den Vorstellungen von A. Szent-Györgyi über die Energiewanderung entlang der allgemeinen Energieniveaus von Proteinkomplexen gemeinsam. Ähnliche Ideen zur Begründung der Natur "biophotonischer" Strahlung werden heute von F. Popp geäußert - er nennt die wandernden Anregungsregionen "Polaritonen". Aus physikalischer Sicht ist hier nichts Ungewöhnliches. (Welche der derzeit bekannten intrazellulären Strukturen könnte für die Rolle der NMC in Gurvichs Theorie geeignet sein - diese intellektuelle Übung überlassen wir dem Leser.)

Experimentell wurde auch gezeigt, dass Strahlung auch dann auftritt, wenn das Substrat durch Zentrifugieren oder Anlegen einer schwachen Spannung mechanisch beeinflusst wird. Dies ermöglichte die Aussage, dass NMC auch eine räumliche Ordnung besitzen, die sowohl durch mechanische Einflüsse als auch durch Begrenzung des Energieflusses gestört wurde.

Auf den ersten Blick fällt auf, dass NMC, deren Existenz vom Energieeintrag abhängt, den dissipativen Strukturen sehr ähnlich sind, die in thermodynamischen Nichtgleichgewichtssystemen entstehen, die vom Nobelpreisträger I. R. Prigogine. Jeder, der solche Strukturen studiert hat (zum Beispiel die Belousov-Zhabotinsky-Reaktion), weiß sehr gut, dass sie von Erfahrung zu Erfahrung nicht absolut genau reproduziert werden, obwohl ihr allgemeiner Charakter erhalten bleibt. Darüber hinaus reagieren sie äußerst empfindlich auf die geringste Änderung der Parameter einer chemischen Reaktion und äußere Bedingungen. All dies bedeutet, dass lebende Objekte, da sie auch Nichtgleichgewichtsgebilde sind, die einzigartige dynamische Stabilität ihrer Organisation allein aufgrund des Energieflusses nicht aufrechterhalten können. Ein einzelner Bestellfaktor des Systems ist ebenfalls erforderlich. Dieser Faktor A. G. Gurvich nannte es ein biologisches Feld.

In einer kurzen Zusammenfassung sieht die endgültige Version der biologischen (zellulären) Feldtheorie so aus. Das Feld hat einen Vektor-, keinen Kraftcharakter. (Denken Sie daran: Ein Kraftfeld ist ein Raumbereich, an dessen jedem Punkt eine bestimmte Kraft auf ein darin platziertes Prüfobjekt einwirkt, zum Beispiel ein elektromagnetisches Feld. Ein Vektorfeld ist ein Raumbereich, an dessen jedem Punkt ein bestimmter Vektor ist gegeben, zB die Geschwindigkeitsvektoren von Teilchen in einer bewegten Flüssigkeit.) Moleküle, die sich in einem angeregten Zustand befinden und daher einen Energieüberschuss aufweisen, fallen unter die Wirkung des Vektorfeldes. Sie nehmen eine neue Orientierung an, verformen oder bewegen sich im Feld nicht aufgrund seiner Energie (also nicht wie bei einem geladenen Teilchen in einem elektromagnetischen Feld), sondern verbrauchen ihre eigene potentielle Energie. Ein erheblicher Teil dieser Energie wird in kinetische Energie umgewandelt; Wenn die überschüssige Energie verbraucht ist und das Molekül in einen nicht angeregten Zustand zurückkehrt, hört die Wirkung des Feldes auf es auf. Dadurch wird im zellulären Feld eine räumlich-zeitliche Ordnung gebildet - es entstehen NMC, die sich durch ein erhöhtes Energiepotential auszeichnen.

In vereinfachter Form kann der folgende Vergleich dies verdeutlichen. Wenn die Moleküle, die sich in der Zelle bewegen, Autos sind und ihre überschüssige Energie Benzin ist, dann bildet das biologische Feld das Relief des Geländes, auf dem die Autos fahren. Der "Erleichterung" folgend, bilden Moleküle mit ähnlichen Energieeigenschaften NMC. Sie sind, wie bereits erwähnt, nicht nur energetisch, sondern auch durch eine gemeinsame Funktion vereint und existieren zum einen durch den Energiezufluss (Autos kommen ohne Benzin nicht aus), und zum anderen durch die ordnende Wirkung des biologischen Feldes (Offroad wird das Auto nicht passieren). Einzelne Moleküle treten ständig in das NMC ein und verlassen es, aber das gesamte NMC bleibt stabil, bis sich der Wert des Energieflusses ändert, der es speist. Mit abnehmendem Wert zersetzt sich das NMC und die darin gespeicherte Energie wird freigesetzt.

Stellen Sie sich nun vor, dass in einem bestimmten Bereich des lebenden Gewebes der Energiezufluss abgenommen hat: Der Zerfall von NMC ist intensiver geworden, daher hat die Strahlungsintensität zugenommen, die die Mitose steuert. Natürlich ist die mitogenetische Strahlung eng mit dem Feld verbunden – obwohl sie nicht dazugehört! Wie wir uns erinnern, wird beim Zerfall (Dissimilation) überschüssige Energie emittiert, die nicht im NMC mobilisiert wird und nicht an den Syntheseprozessen beteiligt ist; gerade weil in den meisten Zellen die Prozesse der Assimilation und der Dissimilation gleichzeitig stattfinden, obwohl die Zellen in unterschiedlichem Verhältnis ein charakteristisches mitogenetisches Regime aufweisen. Ähnlich verhält es sich mit Energieflüssen: Das Feld beeinflusst deren Intensität nicht direkt, kann aber als räumliches „Relief“deren Richtung und Verteilung effektiv regulieren.

AG Gurvich arbeitete während der schwierigen Kriegsjahre an der endgültigen Version der Feldtheorie. "Theorie des biologischen Feldes" wurde 1944 (Moskau: Sowjetische Wissenschaft) und in der nachfolgenden Ausgabe auf Französisch - 1947 - veröffentlicht. Die Theorie der zellbiologischen Felder hat selbst bei den Befürwortern des bisherigen Konzepts zu Kritik und Missverständnissen geführt. Ihr Hauptvorwurf war, dass Gurvich angeblich die Idee des Ganzen aufgegeben und zum Prinzip der Interaktion einzelner Elemente (dh der Felder einzelner Zellen) zurückgekehrt sei, das er selbst ablehnte. In dem Artikel "Der Begriff des "Ganzen" im Lichte der Theorie des zellulären Feldes" (Sammlung "Arbeiten zur Mitogenese und der Theorie der biologischen Felder". Gurvich zeigt, dass dies nicht der Fall ist. Da die von einzelnen Zellen erzeugten Felder über ihre Grenzen hinausgehen und die Feldvektoren nach den Regeln der geometrischen Addition an jedem beliebigen Punkt im Raum aufsummiert werden, konkretisiert das neue Konzept den Begriff eines „eigentlichen“Feldes. Es ist in der Tat ein dynamisches integrales Feld aller Zellen eines Organs (oder Organismus), das sich im Laufe der Zeit verändert und die Eigenschaften eines Ganzen besitzt.

Seit 1948 ist die wissenschaftliche Tätigkeit von A. G. Gurvich ist gezwungen, sich hauptsächlich auf den theoretischen Bereich zu konzentrieren. Nach der August-Sitzung der Allunions-Landwirtschaftlichen Akademie sah er keine Möglichkeit, am Institut für experimentelle Medizin der Russischen Akademie der Medizinischen Wissenschaften (deren Direktor er seit der Gründung des Instituts im Jahr 1945 war) weiterzuarbeiten. und beantragte Anfang September beim Präsidium der Akademie den Ruhestand. In den letzten Jahren seines Lebens verfasste er viele Arbeiten zu verschiedenen Aspekten der biologischen Feldtheorie, der theoretischen Biologie und der biologischen Forschungsmethodik. Gurvich betrachtete diese Arbeiten als Kapitel eines einzigen Buches, das 1991 unter dem Titel "Principles of Analytical Biology and Theory of Cell Fields" (Moskau: Nauka) veröffentlicht wurde.

Die Existenz eines lebenden Systems ist streng genommen das tiefgreifendste Problem, im Vergleich dazu bleibt sein Funktionieren im Schatten oder sollte es bleiben.

AG Gurvich. Histologische Grundlagen der Biologie. Jena, 1930

"Empathie ohne Verständnis"

Die Werke von A. G. Gurvich über die Mitogenese vor dem Zweiten Weltkrieg waren sowohl in unserem Land als auch im Ausland sehr beliebt. Im Labor von Gurvich wurden die Prozesse der Karzinogenese aktiv untersucht, insbesondere wurde gezeigt, dass das Blut von Krebspatienten im Gegensatz zum Blut gesunder Menschen keine Quelle mitogenetischer Strahlung ist. 1940 Gurvich erhielt den Staatspreis für seine Arbeiten zur mitogenetischen Untersuchung des Krebsproblems. Gurvichs "Feld"-Konzepte erfreuten sich nie großer Beliebtheit, obwohl sie ausnahmslos großes Interesse erregten. Doch dieses Interesse an seinen Arbeiten und Berichten ist oft oberflächlich geblieben. A. A. Lyubishchev, der sich immer als Schüler von A. G. Gurvich, beschrieb diese Haltung als "Mitleid ohne Verständnis".

In unserer Zeit ist Sympathie durch Feindseligkeit ersetzt worden. Ein wesentlicher Beitrag zur Diskreditierung der Ideen von A. G. Gurvich wurde von einigen Möchtegern-Anhängern vorgestellt, die die Gedanken des Wissenschaftlers "nach ihrem eigenen Verständnis" interpretierten. Aber die Hauptsache ist nicht einmal das. Gurvichs Ideen fanden sich am Rande des Weges der "orthodoxen" Biologie wieder. Nach der Entdeckung der Doppelhelix erschienen den Forschern neue und verlockende Perspektiven. Die Kette "Gen - Protein - Zeichen" wird durch ihre Konkretheit angezogen und scheint leicht zu einem Ergebnis zu gelangen. Natürlich wurden Molekularbiologie, Molekulargenetik und Biochemie zum Mainstream, und nicht-genetische und nicht-enzymatische Kontrollprozesse in lebenden Systemen wurden allmählich an die Peripherie der Wissenschaft gedrängt, und ihr Studium wurde als zweifelhafte, leichtfertige Beschäftigung betrachtet.

Für moderne physikalisch-chemische und molekulare Zweige der Biologie ist das Verständnis von Integrität fremd, was A. G. Gurvich betrachtete die grundlegende Eigenschaft von Lebewesen. Auf der anderen Seite wird Zerstückelung praktisch mit dem Erwerb neuen Wissens gleichgesetzt. Bevorzugt wird die chemische Seite von Phänomenen erforscht. Bei der Erforschung des Chromatins wird der Schwerpunkt auf die Primärstruktur der DNA verlagert, und darin bevorzugen sie, in erster Linie ein Gen zu sehen. Obwohl das Ungleichgewicht biologischer Prozesse formal anerkannt ist, weist ihm niemand eine wichtige Rolle zu: Die überwiegende Mehrheit der Arbeiten zielt darauf ab, zwischen „schwarz“und „weiß“, dem Vorhandensein oder Fehlen von Proteinen, der Aktivität oder Inaktivität eines Gens zu unterscheiden. (Nicht umsonst ist die Thermodynamik unter Studenten der biologischen Universitäten einer der am wenigsten geliebten und am wenigsten wahrgenommenen Zweige der Physik.) Was haben wir in einem halben Jahrhundert nach Gurvich verloren, wie groß sind die Verluste - die Antwort wird von die Zukunft der Wissenschaft.

Wahrscheinlich muss die Biologie noch Vorstellungen über die grundlegende Integrität und das Ungleichgewicht der Lebewesen aufnehmen, über ein einziges Ordnungsprinzip, das diese Integrität gewährleistet. Und vielleicht sind Gurvichs Ideen noch voraus, und ihre Geschichte beginnt gerade erst.

O. G. Gavrish, Kandidat der Biowissenschaften