Биология в новом свете - [34]

Здесь мы подошли к одной из наиболее интересных областей современной биофизики — биофизике мембран. Ионные насосы нужны не только для создания электрического потенциала. Они необходимы и для транспорта питательных веществ, воды, микроэлементов. Они создают осмотические силы, о которых мы уже говорили. Все транспортные потоки в клетке связаны между собой: один поток влияет на другой, управляет им и при необходимости обеспечивает его энергией. Клеточная мембрана, в которой все это происходит, не просто место действия таких процессов-благодаря своим молекулярным свойствам она активно управляет транспортными потоками и катализирует их взаимодействие.

Затронутые нами вопросы представляют интерес для врача, который прописывает средства для улучшения обмена веществ, следит за нарушением функции всасывания (резорбции) или пытается восстановить деятельность почек больного. Поскольку эти вопросы связаны также с использованием удобрения растениями, они касаются и работников сельского хозяйства. Удивительные возможности биологических мембран вызывают огромный интерес и у инженеров. В химической промышленности вещества разделяются преимущественно путем перегонки. Это сложно и требует значительных затрат энергии. Гораздо выгоднее было бы отделять конечный продукт от исходного вещества или побочных продуктов, используя мембраны с большой поверхностью. При опреснении морской воды, т. е. в области, особенно важной для народного хозяйства, такие мембраны уже успешно применяются.

Возможно, новый толчок теоретической разработке этих вопросов даст термодинамика необратимых процессов. Это новое современное направление термодинамики развилось в последнее десятилетие на основе классической термодинамики обратимых процессов, о которой мы уже кратко говорили. Однако задачи и математический аппарат данной области науки слишком специальны, чтобы обсуждать их в нашей книге.

Что принесло нам знакомство с механизмом живого? Это был лишь тот беглый взгляд, который бросает часовых дел мастер на впервые попавший в его руки механизм. Мы старались рассмотреть и обсудить только самое принципиальное. И, конечно, не на все поставленные вопросы смогли дать достаточно полные ответы. Но не стоит огорчаться. Ведь мы не ставили перед собой задачи доктора Вагнера: "Хоть много знаю я, но все хотел бы знать", однако не разделяем мы и пессимизма доктора Фауста[9]: "... но что значит — знать? Вот в чем затрудненье!" Мы просто хотели возбудить у читателя любопытство, а оно уже может перерасти в творческую любознательность, стремление заняться серьезными научными изысканиями.

В царстве молекул

Макро- и микрофизика. Можно ли видеть молекулы? Каков размер иона? Мембрана клетки в качестве ионного сита. Игра с бильярдными шарами. Что такое статистический клубок? Жизнь — Вселенная в хаосе. Как она могла возникнуть? Жизнь означает упорядоченность; хаос можно рассчитать, а обуздав и направив, — использовать. Энергия хаотического движения молекул + биологическая информация = биологическая функция. Большие числа и малые пространства. Почему клетки не меньше, чем они есть? Треугольник пространства, времени и надежности в молекулярной биологии. Упорядоченные поля.

Мы начали книгу с описания крупных видимых объектов, которые можно наблюдать в повседневной жизни: летящего насекомого, качающегося стебелька, неуклюжего слона. Нам удалось уточнить и расширить наши знания и представления, многое связать воедино и объяснить. Одних вещей мы коснулись лишь вскользь, другие потребовали более серьезного обсуждения; кое-где нам пришлось глубже проникнуть в теорию и от конкретных жизненных понятий перейти к абстракциям.

Теперь нам придется расстаться с привычными представлениями и приготовиться многое осмыслить заново. Мы попытаемся проникнуть в царство молекул. Это означает не просто изменение масштабов, т. е. уменьшение наблюдаемого объекта или мысленное увеличение предмета нашего исследования, это означает прежде всего, что перед нами открывается качественно новый мир — мир микрофизики. Там скрыты корни жизни. Различные особенности живых организмов, которые можно легко заметить, например появление чего-то нового в окраске, форме или манере поведения, связанного с изменением наследственности, возникновение определенных болезней, таких, как рак, заболевания крови и т. д., обусловлены изменением молекул. Это одна из причин того, что молекулярная биология и биофизика приобретают в последнее время все большее значение.

Рассказывают, что один архитектор поручил своим ученикам спроектировать дома и квартиры для людей, совсем не похожих на нас: они ходят на четырех ногах, голова у них сбоку и т. д. Что это, бессмысленная прихоть? Отнюдь нет. Будущие архитекторы должны уметь забывать о привычном, должны обладать способностью отойти от традиции и взглянуть на мир новыми глазами.

Однако тот мир, который теперь перед нами откроется, — это не фантастика, ибо современная физика уже разработала для его описания достаточно точные научные представления и понятия. Но прежде чем вступить в царство молекул, мы должны сдать в архив наш привычный повседневный опыт. Теперь нашими проводниками будут учебники статистической физики и квантовой механики, где изложено все, что известно физикам на сегодняшний день. А они неплохо ориентируются в этой области!