роза красная морда большая

systemity


САМООРГАНИЗУЮЩИЕСЯ СИСТЕМЫ


Previous Entry Share Next Entry
Что такое жизнь и как она возникла? II-6. Невостребованная нанотехнология
роза красная морда большая
systemity
II-6. Невостребованная нанотехнология
(Что такое жизнь и как она возникла)

Эта книга состоит из четырёх разделов: I - Вхождение в проблему происхождения жизни на Земле, II - Введение в проблему происхождения жизни на Земле, III - Самоорганизующиеся системы и IV - Происхождение жизни на Земле. Четвёртый раздел посвящён разъяснению сущности гипотезы, описанной мною 28 лет назад, и демонстрации того, каким образом процесс, давший начало жизни на планете Земля, реализовался во множестве проявлений этой жизни, которые до сих пор являются загадками за семью замками и которые, как я объясняю в этой книге, открываются с помощью одного и того же ключа, с помощью которого в условиях предбиологической Земли был открыт путь в Жизнь. Тот, кому будет интересно узнать принципиальные позиции, развёрнутые мною в сценарий происхождения жизни на Земле, может начать с чтения четвёртого раздела книги и закончить первым. Тому же, кто сразу перестанет читать четвёртый раздел, обидевшись за неуважение к Создателю или за полное пренебрежение к технике магического реализма, с помощью которой до сих пор были созданы тонны научной литературы о происхождении жизни, конечно же нет никакого резона знакомиться с первыми тремя разделами. Тем же, кого заинтересует содержание наиболее конкретного из четырёх разделов книги, три предыдущие части будут полезны по разным причинам.

Во втором разделе я затрагиваю некоторые философские проблемы, которые становятся особо актуальными в свете отдельных деталей излагаемой мною теории происхождения жизни. Например, рассуждения о структуре чуда, без которого в неявном виде не обходилась до сих пор ни одна теория происхождения жизни. Эти экскурсы в философию имеют особое значение для интерпретации предложенной мною гипотезы, поскольку она является вопиющим нарушением всеобщей закономерности преемственности знаний. Никакой преемственности с предыдущими исследователями в том, что я предложил, нет. Никому до сих пор не приходили в голову две взаимосвязанные позиции: то, что жизнь возникла в результате способности самоорганизующейся молекулярной системы на основе липидов синтезировать окись магния, в которой аккумулировались энергетические шумы, и то, что окись магния - стартовый пункт биологического метаболизма, могла существовать только лишь в безводной среде, что явилось причиной не только возникновения гидрофобной клеточной стенки протобионтов, но и концентрирования в ней химических процессов, ставших впоследствии основными процессами метаболизма прокариотов.
Что касается первого раздела книги, то он посвящён мне лично, как автору гипотезы, которая здесь описывается. Моё вхождение в проблему мне представляется следствием многих совпадений. Выше я писал о том, что, на мой взгляд, не обладаю никакими экстраординарными умственными способностями, которые могли бы объяснить то, что я (если это, конечно, подтвердится) разгадал одну из немногих фундаментальных загадок Природы, объясняющих появление живого на Земле. Как я себе представляю, мои потенциальные успехи могут быть вызваны не особыми качествами ума, а особенностями скорее физиологического свойства, сочетанием этих особенностей с теми событиями, в которых я прямо или косвенно принимал участие и которые повлияли на формирование моего мировоззрения. В философии это принято называть гносеологией вопроса.
  
Уверенность в себе - это один из самых важных элементов моей личности. Но эта уверенность является следствием свойственного мне перфекционизма и непосредственно связанной с ним леностью. Я очень редко влюбляюсь и, не влюбившись, не только неспособен превзойти себя, но даже более или менее дорасти до себя. Сколько я себя помню, я всегда с упорством маньяка ищу красоту (конечно в своём понимании), и найдя её, никогда ей не изменяю. Я просто на это неспособен. Если я во что-то крепко не влюбился, то я только делаю вид, что активен. На самом же деле я просто отдыхаю, набирая силы для очередной взрывной активности. В итоге большую часть своей жизни я отдыхал, работая не более, чем на 10% от максимальной активности, но если на полную мощность отдавался тому, во что влюбился, то всегда добивался своего.

Первый хорошо запомнившийся мне случай произошёл, когда я на пятом курсе университета начал работать старшим техником в отделе вице-президента Академии наук Азербайджана академика М.Ф. Нагиева. Мне срочно понадобилось для оборудования ректификационной колонны довольно большое количество трёхгранной спирально-призматической насадки, т.н. насадки Левина. Всё это было очень новым и интересным. Треугольные насадки выглядели очень изящно. Я, будучи абсолютно неграмотным в механике и в черчении, профессионально сделал рабочие чертежи, по которым мне в мастерских изготовили детали автомата, собранного мной и запущенного в работу. Автомат с невероятной скоростью производил насадку Левина из нихромовой проволоки. Впоследствии я при всё моём желании не мог представить себе, каким образом мне удалось всё это сделать. Ни до этого случая, ни после я никогда не имел дела с механическими устройствами. Глядя на то, как мой сын разбирает свой автомобиль и затем вновь его собирает, я проникаюсь священным трепетом, поскольку совершенно не представляю себе теоретической возможности освоить подобное. Но ведь автомат, спроектированный и созданный мною, представлял собой нечто не менее грандиозное с точки зрения способностей рядового обывателя.


Таким образом, необыкновенные упорство, работоспособность, сила духа и т.п. не входят в число моих постоянных качеств. Я при всём моём большом желании не в состоянии индуцировать ничего похожее в состоянии невозбуждённом. Всё это происходит не по моей воле тогда, когда я всеми клетками своего организма ощущаю сверкание красоты, в которую не могу не влюбиться, не имея ни малейшего представления, почему именно. Красота может проявляться в любом: в идеальном или физическом. Двадцать с лишним лет назад, когда я с моим товарищем занимался созданием компьютерной программы, имитирующей поведение самоорганизующихся систем, я за десять минут в состоянии вдохновения выдал невероятно сложные алгоритмы эволюционной трансформации и контрастирования матриц  сходства, на которые впоследствии получил патенты США. И это при том, что математику я знаю - причём плохо - на уровне школьном, а алгоритмы действительно необыкновенно сложны и нетривиальны.

Всё вышеизложенное является причиной того, что нормальное человеческое честолюбие во мне очень слабо развито. Когда я убеждаюсь в том, что то, во что я влюбился, является настоящей красотой, то мне самого этого факта вполне достаточно. После того, как я добиваюсь своей цели, например, раскрываю смысл идеи, которая меня увлекла, я равнодушен к аплодисментам и комплиментам. Все эти достижения для меня играют роль витаминов, которые содействуют на долгое время, если не на всю жизнь, поддержанию моего духовного здоровья. Ниже я хочу описать один характерный случай из моей жизни научного работника, знаменательный тем, что уже более 40 лет тому назад я работал в области нанотехнологии, изучая закономерности, которые, как мне кажется, до сих пор не вполне известны.

Самым эффективным методом разделения и измерения компонентов сложнейших смесей веществ является хроматография. В хроматографии всегда присутствует неподвижный сорбент самой различной природы и подвижная фаза в виде газа или жидкости, которая перемещается вдоль сорбента. Если внести в такую систему сложную смесь веществ, то, поскольку каждое вещество имеет свой уровень сродства к сорбенту, способность переходить в подвижную фазу, а следовательно передвигаться по ходу движения жидкости, у каждого вещества будет различна, и, в итоге, смесь веществ разделится на отдельные компоненты. По способу оформления различают колоночную и тонкослойную (планарную) хроматографию. Последняя на много порядков менее чувствительна, но на столько же порядков проще и доступнее.

С 1956 года метод тонкослойной хроматографии стал обязательной принадлежностью химических и биохимических лабораторий. Тривиальная технология тонкослойной хроматографии состояла в нанесении на стекло размером 20х20см водной кашицы из сорбента и гипса слоем средней толщиной 0.25мм. На образовавшийся после высыхания ровный слой наносилась смесь веществ ближе к краю пластинки и последняя погружалась в жидкость ниже точки нанесения анализируемых проб. Жидкость впитывалась слоем сорбента и продвигалась к противоположному краю пластины. При этом компоненты анализируемых смесей разделялись друг от друга в виде пятен и визуализировались с помощью специальных реагентов.

Не вдаваясь в детали теории хроматографии, скажу лишь, что уменьшение размера частиц сорбента приводит к повышению эффективности разделения веществ, поскольку снижается диффузионное размывание разделённых зон. Но при этом необходимо было одновременно снижать длину пробега растворителя и толщину слоя. Поскольку сопротивление слоя с уменьшением размера частиц резко возрастает, то замедляется скорость впитывания растворителя и увеличивается время анализа. При этом диффузия разделяемых компонентов приводит к потере всех преимуществ снижения размера частиц сорбента. В 1969 году, размышляя о путях повышения разделительной способности тонкослойной хроматографии, я пришёл к интересной идее. Суть её состояла в следующем.

При нанесении сорбента на стеклянную подложку имеют место два вида взаимодействия: когезия частиц сорбента между собой и адгезия их на поверхности подложки (стекла). Начиная с некоторых очень малых размеров частиц, по, моему предположению, должно было стать невозможным получение слоёв заданной толщины и длины. Толщина сорбента будет определяться, исходя из степени взаимодействия частиц между собой и с подложкой, т.е., иными словами, начиная с некоторого размера частиц, слой трансформируется в плёнку, и получить заведомо желаемую толщину плёнки будет невозможно. Идея настолько увлекла меня, что я бросил все дела и включился в работу по получению тонких плёнок сорбентов. Это оказалось фантастически непростым делом. Я перемалывал силикагель в течение нескольких суток, затем отбирал фракции сорбента, оседающие в воде за время между двумя и тремя сутками, использовал различные способы нанесения микронных и субмикронных фракций на предметные стёкла размером 7.6х2.4см. Я установил эмпирически параметры уравнения, определяющего количество сорбента на единицу подложки в зависимости от размера фракций сорбента, нашёл условия сушки  сорбента, разработал специальную стеклянную камеру для проведения хроматографического анализа и многое, многое другое.

Трансформация слоя в плёнку сопровождалась невероятно красивыми эффектами. Высушивание плёнок из нанесённой на предметное микроскопное стекло суспензии силикагеля или окиси алюминия должно было происходить в абсолютно безградиентных условиях. Для этой цели я использовал герметически закрывающийся микробиологический бокс. Малейший градиент давления или температуры, а также неоптимальное количество сорбента на единицу поверхности подложки приводили к возникновению характерных эффектов. Например, на плёнке сорбента образовывались десятки "волн" с минимальным и максимальным количеством сорбента, появлялось множество других характерных фигур. Но в итоге после работы в сумасшедшем режиме я овладел технологией получения тонких плёнок сорбентов на стеклянных микроскопных предметных стёклах. Теперь я мог на таких тонких плёнках анализировать сложные смеси в течение секунд вместо часов, как в классическом варианте тонкослойной хроматографии, при том, что чувствительность анализов возросла в сотни раз.

Счастливый и радостный я побежал рассказывать всему миру о достижении мною принципиально новой технологии. Ничего ни от кого я не скрывал. Не скрывал и от своих конкурентов, которые в Ленинграде занимались технологией получения высокоэффективных хроматографических пластинок, но до идеи плёнок не дошли и не смогли освоить технологию получение плёнок, несмотря на то, что я от них ничего не скрывал. Я опубликовал несколько статей по тонкоплёночной хроматографии. Например, на слое 2х2см было осуществлено разделение 20 кортикостероидов, на слое длиной 4см было проведено разделение 35 гликозидов женьшеня, разделялись метаболиты пестицидов. Я умудрился проанализировать каротиноиды отдельных ганглиев виноградой улитки (Андреев Л.В. и др. "Биофизика живой клетки". 1971, N.2, стр.84). И много, многое другое. Теперь в течение рабочего дня можно было проводить не несколько, как в классическом варианте, а сотню-другую анализов. Короче, я добился поставленной цели и был действительно счастлив.

В итоге научная общественность совершенно не загорелась освоением первого реального достижения нанотехнологии. Я сумел обучить получению тонкоплёночных хроматографических пластин лишь двух очень прилежных лаборанток. В Швейцарии на конференции по хроматографии я продемонстрировал свою технику, и организаторы этой конференции назвали меня большим человеком в технике хроматографического анализа в свой книге "HPTLC. HIGH PERFORMANCE THIN-LAYER CHROMATOGRAPHY". Elsevier Scientific Publishing Company/ 1977. Editors: A. Zlatkis (University of Houston, Texas) & R.E. Kaiser (Institute of Chromatography. Bad Duerkheim): "...Интересные данные представлены Андреевым на симпозиуме в Новаки, ЧССР, в 1973г. Эти результаты действительно важны для сокращения времени анализа". И ещё несколько строк комплиментов в таком же духе. Когда я понял, что никто ничего не понял, я перестал заниматься просветительской деятельностью и вернулся к своим баранам. Я честно старался донести до общественности это на мой взгляд первое практическое достижение нанотехнологии, но, видимо, нет у меня таланта продвигать свои достижения в народ. Может быть от некоторого избытка заносчивости, может быть от отсутствия необходимого уровня честолюбия. Не знаю.

Но закономерность, описанная на примере нанотехнологии, меня сопровождала бОльшую часть моей научной биографии. Конечно, "преждевременность" достижений в обнаружении тех или иных закономерностей должна была бы льстить любому работнику науки. Ещё бы: человек не просто опередил своё время, но опередил значительно, если после детальных рассуждений и объяснений никто ничего так и не понял. Но у меня эти факты ничего кроме печальной улыбки не вызывают. С тем же масштабом полного непонимания я столкнулся в ряде своих разработок, среди которых больше всего мне было обидно за открытый мною принцип "квазиравновесия" в биосинтезе липидов бактерий. Мембранная система бактерий принципиально отличается от мембранной системы высших организмов - эукариотов. Если у последних наличествует сложная система внутрицитоплазматических мембран, ограничивающих каждую органеллу и делящих внутриклеточное пространство на множество полуизолированных отсеков, то у бактерий внутренние мембраны отсутствуют. При этом липидный состав прокариотов - бактерий и эукариотов кардинально отличается.

Разработанная мною теория квазиравновесия биосинтеза липидов у бактерий, на объяснении которой я подробно остановлюсь ниже, связывает с помощью липидов активность мембранных белков, встроенных в цитоплазматическую мембрану с соотношением коферментов и кофакторов, растворённых в цитозоле бактерий. О квазиравновесности биосинтеза бактериальных липидов я докладывал на солидных международных конференциях, сообщал в отечественных и зарубежных публикациях, на основе этих принципов мною была разработана система экспрессной идентификации бактерий, за что мне в Кремле вручили орден "Знак почёта" и т.д. Но ни участники конференций, ни соавторы моих статей, ни иные товарищи, до которых я пытался донести свои идеи, ничего из моих объяснений так и не поняли.

Надеюсь, что при написании этой книги и разделов, посвящённых квазиравновесию в биосинтезе бактериальных липидов, я всё же буду более удачлив.




  • 1
Все-таки исследование происхождение жизни требует эксперимента. Так устроена наша профессиональная психология - химия и биология это эксперимент.
Известность работ Опарина и Миллера связана не с тем, что они добились каких-то интеллектуальных успехов, а с простыми, четкими и понятными экспериментами в стиле Лавуазье и Пастера.
Смешали, подогрели, подождали и получили что-то такое, что:
а) можно потрогать и понюхать
б) никто раньше до них не получал
То, что от их экспериментов до зарождения настоящей жизни как от Земли до неба - это никого (кроме Вас) не интересует.
Вам, Леонид, было бы надо тоже подумать об эксперименте. Назовем его "гидратно-магниевая химическая машина".
Я под Вашим влиянием давно обдумываю что-то подобное.
Мне видится пористое тело с нанесенным на него пропиткой раствором соли магния и органическими веществами.
Пористое тело помещено в климатическую камеру, обеспечивающую циклы температуры и влажности, т.е. циклы выпадения росы с последующим её высыханием.
Идея моя состоит в том, что первый протобионт не имел мембраны. Он сидел в поре, отгороженный от атмосферы органической полупроницаемой "пробкой". Эта "пробка" поддерживает по ходу поры градиент влажности, образуя в определенном месте сухую зону, где и будет собираться безводный MgO.
На каком-то этапе "машина" должна войти в собственный цикл, т.е. запустить что-то вроде собственного метаболизма.

Дорогой Антон, моя теория не имеет ничего общего с тем, что Вы пишете. Во-первых, Опарин и Миллер ничего не получили. Они получили право помечтать на темы происхождения. И только. Аминокислотный и коацерватный бред - всего лишь имитация науки.

Во-вторых, эксперименты в мире проходят каждый божий день. Это - АТФаза и фотосинтез. АТФаза - самым маленький в мире моторчик - давно интересует военных, которые потратили огромные деньги и так ничего не получили. Я всего лишь рассказываю, как образовалась АТФаза. Она создавалась в эволюции и работает по химическому принципу, который я описал. Гидролиз АТФ и гидролиз окиси магния дают одинаковую энергию на моль.

В-третьих, окись магния не могла существовать в водной среде. И не могла образовываться на пористой или непористой поверхности. Она могла существовать в качестве источника энергии только в липофильной прослойке, откуда и появилдась клеточная стенка.

Обычно я никогда не перечитываю свои тексты. А тут мне кое-что понадобилось и я обратил внимание на Ваш комментарий: "Известность работ Опарина и Миллера связана не с тем, что они добились каких-то интеллектуальных успехов, а с простыми, четкими и понятными экспериментами в стиле Лавуазье и Пастера." И в этом месте меня хохот задушил.

Что установил Миллер в плане происхождения жизни? Что в разрядах могут из примитивных молекул образоваться аминокислоты. Но какое это имеет отношение в проблеме происхождения? То, что белки нужны для жизни, было уже давно известно. То, что аминокислоты могли образоваться в пребиотический период? Как из аминокислот образовались белки до сих пор по прошествии 60 лет ничего не известно. Т.е. Вы говорите о научных манипуляциях, понятных ординарной публике. Но это же не наука, а искусство!

Ну, а успехи Опарина в том, что протобионты очень маленькие, похожие на капельки жира. Насчёт бульона - гомерический бред, поскольку на безатмосферной Земле под жесточайшим ультрафиолетом ни о каких бульонах речи идти просто не могло. В чём же Вы увидели успех этого Героя соцтруда? Кстати, никаких экспериментов он не ставил. Он рассказал баланду понятную простому народу. Эта баланда до сих пор весьма популярна у высшего командного состава российской науки

Если МgО гидрофобен, то какова внутренняя среда пробионта? Кислота что ли? А чтобы опять прореагировать с водой, он обратно изнутри через мембрану лезет? А где щелочные гидроксилы тогда - снаружи?
Или все в мембране? Тогда она однозначно трехслойна.

***Высушивание плёнок из нанесённой на предметное микроскопное стекло суспензии силикагеля или окиси алюминия должно было происходить в абсолютно безградиентных условиях***
А как это возможно технически? Ведь загружали-то Вы стёкла в холодный бокс из комнатных условий?..

Температура здесь не имеет значения. Микробиологический бокс позволяет избежать высушивания преимущественно с одного конца, поскольку нет микродвижений воздуха. В противном случае возникает градиент взаимодействия адгезии и когезии. Вместо плёнки возникают причудливые фигуры, например, регулярные волны изменения толщины плёнки

  • 1
?

Log in