Биология в новом свете - [42]

По-видимому, этот вопрос действительно связан с борьбой за надежность функционирования системы. Если бы клетка была слишком маленькой, то концентрации молекул в ней или отдельных ее участках оказались бы настолько малыми, что вероятность случайного столкновения молекул, вступающих в химическую реакцию, стала бы слишком низкой и соответствующие химические реакции протекали бы очень медленно. Клетка должна быть достаточно велика, чтобы иметь возможность противостоять случайным флуктуациям теплового хаоса. В этом случае за промежуток времени, необходимый для осуществления какого-либо биологического процесса, с достаточной надежностью будет происходить нужное число случайных столкновений молекул.

Итак, в игру вступает время! Его роль мы уже отмечали на примере со статистикой населения. Можно с уверенностью утверждать, что именно в данную минуту, не позже чем секундная стрелка наших часов сделает полный оборот, в мире родится по крайней мере один ребенок. Однако такое утверждение несправедливо, если мы будем рассматривать только одну какую-либо страну. Если же промежуток времени увеличить до одного часа или дня, то и в последнем случае надежность нашего утверждения значительно повысится.

Вернемся к молекулярной биологии. Если вероятность удачного столкновения в маленьком объеме мала, надо выбрать больший интервал времени. Обобщая, можно сказать так: более мелкие клетки должны быть более медлительными. Таким образом, в мире молекул существует определенная взаимосвязь между пространством и временем.

Конечно, было бы любопытно поближе познакомиться с пространственно-временными соотношениями. Как мала и насколько быстро действует та или иная система? Что нам известно о реакциях, которые могут протекать в столь малых пространствах? Химики тщательно изучили реакции in vitro, т. е. в пробирках. Нерешенные вопросы остаются и здесь, но многое известно уже достаточно хорошо. В растворе находится огромное множество молекул и ионов. Они равномерно перемешаны и хаотически движутся.

Другое дело — клетка. Она практически целиком состоит из перегородок и заключенных между ними мельчайших капиллярных пространств. Эти перегородки очень хорошо "продуманы". Они устроены примерно так же, как клеточные мембраны, о которых мы уже говорили. На большинстве перегородок располагаются белковые молекулы. Они несут заряды. Другие молекулы, находящиеся между ними, тоже электрически заряжены. Эти заряженные молекулы притягивают ионы, которые образуют более или менее плотный слой. Создается так называемый двойной слой положительных и отрицательных зарядов. Между электрическими зарядами возникает электрическое поле огромной силы; полагают, что его напряженность достигает 10 млн. В/см (вольт на сантиметр). Именно такая напряженность необходима для того, чтобы ионизировать молекулы, не разрывая их. Эти поля воздействуют на молекулы с большой силой. Они выравнивают заряженные молекулы и поляризуют незаряженные.

Мы почти ничего не знаем о биологическом действии этих полей, но можем предполагать, что они являются оружием жизни в борьбе с хаосом. Хранящаяся в ДНК информация определяет структуру белков и их расположение относительно друг друга, создает электрическое поле, сдерживающее хаос. Здесь царит порядок, который нельзя видеть даже с помощью электронного микроскопа, но который нам нужно как-то оценить. Чтобы рассчитать электрические поля даже для самых гладких металлических электродов, например сделанных из ртути, мы вынуждены прибегать к помощи ЭВМ. Что касается биологических поверхностей, структура которых в основном не известна, то пока здесь можно лишь высказывать догадки.

Конечно, в микромире для нас представляют загадку не только электрические поля. Многие физические понятия, такие, как вязкость, поверхностное натяжение, упругость и даже температура, имеют смысл только для больших систем. Но они теряют его, когда речь идет о малых и мельчайших системах, неоднородных, или функционирующих неравновесных, системах. Можно ли вообще говорить о температуре биологической системы? Этот вопрос кажется весьма странным, и тем не менее до сих пор он остается без ответа. Температура, как скажет физик, это свойство "канонической (однородной) совокупности" частиц, которая выравнивается благодаря взаимным соударениям между ними. В биологической системе такого выравнивания, вероятно, никогда не происходит, продукты реакции перебрасываются от одной молекулы к другой под влиянием внутренних электрических полей. У каждой частицы своя собственная "температура".

Однако это уже из области предположений. Подобная экскурсия в мир фантастики оправдана только в том случае, если она пробуждает в нас стремление к новым критическим исследованиям. Данный вопрос относится к разряду тех многих нерешенных проблем, которые стоят перед специалистами в области молекулярной биологии, но которые могут быть решены лишь в содружестве с учеными, занимающимися квантовой механикой и статистической физикой.

Вместо заключения

"Занавес опущен — действие продолжается". Является ли вообще биолог собственно биологом? О специалисте, который не сведущ ни в чем. Поток информации. Коллективное исследование как единственное спасение. Можно ли взнуздать лошадь с хвоста, или как стать биологом? Следует ли биологии опасаться своих соседей? Новая картина биологии. И все-таки она есть!