Знание-сила, 2002 № 09 (903) - [22]
Одна из скульптур Кеннета Снельсона
А что может дать эта тенсегрити человеку-то? – спросите вы. Оказывается, принципы тенсегрити приложимы к человеческому телу на любом уровне, возьмем ли мы клетку или орган. На макроскопическом уровне 206 человеческих костей противостоят зловредной силе тяжести и удерживаются в вертикальном положении благодаря силе мускулов, сухожилий и связок, то есть растяжимых элементов. Иначе говоря, тенсегрити-структура внутри нас: кости – прочные распорки, мускулы, сухожилия и связки – упругие элементы. На микроскопическом уровне оказывается, что наши белки и другие важные молекулы также подчиняются законам тенсегрити.
А теперь возьмемся за промежуточный уровень – клеточный. В 1970-е годы биологи представляли клетку как скопление гелеподобной протоплазмы, окружённое мембраной, – представьте себе, скажем, воздушный шарик, наполненный патокой. Было известно, что мембрана, или цитоскелет состоит из трех типов белковых полимеров: микроволокон, промежуточных волокон и микротрубочек. Но какова роль последних в регулировании формы клетки, оставалось загадкой. Непонятно было также, почему изолированные клетки на различных поверхностях, или субстратах ведут себя по-разному.
Впрочем, то, что клетки расплющиваются и «размазываются», если поместить их на ровное стекло, было известно давно. А Альберт Харрис из университета Северной Каролины еще в 1980 году показал, что если клетки посадить на тонкую упругую резину, то они сокращаются и приобретают сферическую форму, а их сокращение вызывает сморщивание резины. Уже упоминавшийся ранее доктор Ингбер предположил тогда, что если взглянуть на клетку как на тенсегрити-систему, то такое ее «поведение» вполне объяснимо.
С «тенсегрити точки зрения» клетка есть совокупность структур, которые в свою очередь образованы сплетением бесчисленных волокон.
Клетка – достаточно прочная вещь (конечно, в той же степени, в которой могут быть прочными дорогие колготки). Ее цитоскелет, то есть дословно «клеточный скелет», состоит из паутины микроволокон, которая создает центростремительное напряжение внутри клетки. Цитоскелету противостоит целый арсенал средств: внеклеточный матрикс, микротрубочки и крупные пучки поперечно связанных микроволокон. Но и цитоскелет не прост: в нем есть промежуточные волокна – «великие интеграторы», связующие между собой сжимающие микроволокна, микротрубочки, поверхностную клеточную мембрану и ядро клетки. Промежуточные волокна также создают растяжку между клетками и различными компонентами ткани. Эта функция необходима для деления клеток, особенно когда ткань должна затянуть свежую рану. В этой экстремальной ситуации стремительно размножающиеся клетки в ткани ведут жестокую борьбу за место, стремясь с помощью вышеописанных структур принять наиболее выгодную сферическую форму. В результате формируется нормальная ткань. И это благодаря тенсегрити!
Понимание этих процессов может привести к новым подходам влечении рака и заживлении ран, а может быть, и к созданию искусственной ткани. Ведь что такое ткань? Совокупность клеток и межклеточного матрикса, выполняющего роль цемента. Поиск и исследование тенсегрити-структур на уровне тканей были проведены Ингбером и его американскими коллегами – Вангом и Стаменовичем. Исследователи обнаружили, что применение стресса, более сильного, чем молекулярное притяжение, к клеточной поверхности органов чувств, участвующих в обмене веществ, никак не влияет на «внутреннюю жизнь» клеток.
Это открытие заставляет по-новому увидеть реакцию клеток на стимул извне.
Купол Фуллера
Внутренние элементы клетки, создающие напряжение, которое поддерживает целостность клетки
Хотя изменения в структуре ДНК порождают биологическое разнообразие, гены – всего лишь продукт эволюции, а не ее движущая сила. Геодезические сооружения, наподобие тех, что есть у вирусов, ферментов и клеток, мирно существовали в неорганическом мире у кристаллов и минералов, когда генов еще и не существовало.
Вот немного измышлений о началах живого. Раньше ученые говорили о возникновении жизни в древнем океане. Сейчас многие высказываются в пользу появления живого в глине. Любопытно, но факт: микроструктура глины – решетка атомов, упорядоченных в восьми- и четырехгранные структуры… Так-так, а вам это ничего смутно не напоминает? Как насчет… Да-да-да, тенсегрити-структур? Поскольку эти октаэдры и тетраэдры упакованы неплотно (микроструктура пористая), они могут двигаться одни относительно других. Отсюда пластичность глины, что, видимо, дает ей возможность катализа химических реакций. Скорее всего, давным-давно, во глубине миллионолетий, на поверхности глинистого минерала образовались первые строительные кирпичики органической жизни… Шло время, самосборка делала свое дело, образовывались предвестники клеточных органелл, а за ними и первая живая клетка. Потом по цепочке: ткань, орган, организм. Кстати, развитие эмбриона из яйцеклетки – тот же процесс.
Возникает вопрос: каким образом из неорганических компонентов образуются органические вещества? Или вот есть, например, натрий, взрывоопасный металл, и хлор, ядовитый газ. А вместе они образуют безобидный хлорид натрия, или поваренную соль. Все дело, оказывается, в способе образования структуры.
