Хвильовий генетичний код

Продовжимо аналіз основоположної роботи Крику і Ниренберга, що постулює поняття генетичного коду.
С.142 -143: "... до цих пір всі досвідчені дані добре узгоджувалися із загальним припущенням про те, що інформація зчитується трійками підстав, починаючи з одного кінця гена. Однак, ми отримали б ті ж результати, якщо б інформація зчитувалася групами в чотири або навіть більше підстав "або" ... групами, що містять кратне трьом число підстав ". Це положення майже забуте або не зрозуміле, але саме тут видно сумнів, чи обов'язково код триплетних. І не менш важливо, що вгадати майбутнє розуміння текстів ДНК і РНК як смислових фрактальних утворень, родинних природним мовам, що продемонстровано в наших дослідженнях [25,26,29].
С.153: "... одна амінокислота шифрується кількома кодонами. Такий код називається виродженим ... такого роду виродження не говорить про якусь невизначеності в побудові молекули білка ... воно лише позначає, що певна амінокислота може бути спрямована у відповідне місце ланцюга молекули білка за допомогою декількох кодових слів ".
Автори бачать, що синонімія ще не порушує однозначності коду.
С.153 -154: Але далі слід "... проте, все ж є одна реальна можливість появи невизначеності при синтезі білка. Ця невизначеність могла б виникнути, якби одне кодове слово відповідало кільком амінокислотам. До теперішнього часу був відзначений тільки один випадок такої невизначеності. Білок, син-тезіруемий полі-U, складається не тільки з лейцину, але і з фенілаланіну, причому на кожну молекулу лейцину припадає 20-30 молекул фенілаланіну. При відсутності в розчині фенілаланіну полі-U використовує лейцин в кількості, що дорівнює половині звичайно використовуваного кількості фенілаланіну. Молекулярне пояснення цієї невизначеності невідомо ". Це перша і чітка констатація логічного недосконалості пропонованої моделі кодування, її протиріччя фактами. Потім, сумніви ще більше посилюються.
С.155: "деякі кодові слова майже напевно складаються з трьох підстав. Однак, 18 з 20 амінокислот можуть бути закодовані словами, містять тільки два різних підстави. Якщо ж код все-таки трійчастий, то можливо, що в деяких випадках правильне кодування буде мати місце за умови, що з трьох підстав зчитується тільки два. Можливо, що така недосконалість трапляється частіше у синтетичних РНК-полімерах, що містять одне або дві підстави, ніж в природних РНК-посередниках, які завжди складаються з суміші всіх чотирьох підстав. Тому результати, отримані за допомогою штучних РНК, свідчать лише про кодові можливості клітини ... "
Явно проглядається невпевненість, що код тільки триплетних, він може бути і дуплетним, і тетраплетним і навіть гетеромуль-тіплетним. Нам же видається, у розвитку цих сумнівів, що кодові можливості клітини, хромосом, ДНК не вичерпуються знаковими трійками нуклеотидів. Як мовоподібна структури, нуклеїнові кислоти в складі хроматину здатні до утворення in vivo метамовою методом фракталізаціі, і тому кодування білкового континууму може проходити через великі блоки, шифрувальні не тільки порядок включення окремих амінокислот у пептид, але й послідовність створення білкових доменів, субодиниць і навіть структурно -функціональних ансамблів ферментів, наприклад, дихальної ланцюга. Фрактальность в даному випадку може розумітися і так: ДНК, РНК та білки - це разноязикіе тексти і те, що було в одному масштабі "фразою" або "пропозицією" в іншому, більш великому, буде "словом". Якщо ще укрупнювати - "слово" перетворюється на "букву". При більш загальному підході можна розглядати такі різномасштабні смислові побудови як знаки (ієрогліфи), що є субстратом свого роду "інформаційного метаболізму" клітин. Такий шлях утворення метамовою властивий математики. У нас немає підстав думати, що геном не користується цим "математичним прийомом" повною мірою, будуючи все нові ускладнюються семіотики-семантичні ареали з їх постійними переобозначеніямі на різних рівнях організації біосистеми в процесі її розвитку. При цьому роль основної маси синтезуються в організмі білків полягає у реалізації метаболічних конструкцій, неявно закодованих в ДНК і мають квазі-вербальну складову. Біосистему можна розглядати як сукупність таких конструкцій, і це знаходить певне підтвердження в роботах [25,26,29]. Такий хід міркувань добре відповідає уявленням В. В. Налімова, який вважає все живе частиною Семантичної Всесвіту [49]. Людина, відповідно з такою логікою, є різноманіття текстів, граматику і семантику яких ми хочемо охопити єдиним, ймовірнісно заданим поглядом. В. В. Налімов вважає, що особистість є самочітаемим текстом - текстом, здатним самоизменяющегося себе. Зменшуючи масштаб розгляду людини як системи, та враховуючи фрактальність (що переходить іноді в голографічності) його хромосомного континууму, можна вважати, що зворотне відображення людини в її власний геном, як і відображення будь-якого організму в його хромосоми, носить ізоморфний текстово-подібний характер [25, 29]. Пропонований спосіб міркувань покликаний показати прийом логічного виходу з обмежень первинної моделі генетичного коду, що зупинилася у фазі слабкого розуміння правил орфографії "записи" білкових "слів" з амінокислотних "букв". Якщо ж розглядати ідею фрактальності смислових (текстових) конструкцій геному і прийняти їх божественне начало, то підкреслимо, що ця ідея сходить до VI ст. та запропоновано Діонісієм Ареопагіта в його праці "Про божественні імена". Він говорить, що печатка Божественності (читай слова) лежить на кожному з нас, і "... відбитки Печатки мають багато спільного з її оригіналом: оригінал присутній у кожному з відбитків весь, і ні в одному з них - лише якоїсь своєї частиною ". Частковість Печатки визначається властивостями сприймає матеріалу - конкретної особистості, тобто потенційно в кожного привноситься все, що йде згори, але розчути, побачити і зрозуміти це все цілком не під силу нікому.
Нездатність ранньої концепції генетичного коду бути несуперечливою, здавалося, повинна була спонукати до пошуку нових ідей. Замість цього перевага була віддана аналізу механізмів точності білкового синтезу, але без головного мотиву цієї точності - механізмів вибори однозначно з кодуючих дуплетів-омонімів. Ось зразок цих, в даному аспекті марних, описів і міркувань, але необхідних нам для ілюстрації псевдологікі в оцінці головного в генокоді [20]: "... точність білкового синтезу залежить від надійності двох адапторних механізмів: від зв'язування кожної амінокислоти з відповідною молекулою тРНК і від спарювання кодонів в іРНК з антикодоном тРНК. Два механізму, що діють на цих етапах, зовсім різні. У багатьох аміноацил-тРНК-синтетаз є два окремих активних центри: один відповідальний за реакцію приєднання амінокислоти до тРНК, і другий, що розпізнає "неправильну" амінокислоту і видаляє її шляхом гідролізу. Точність спарювання кодону з антикодоном забезпечується більш тонким механізмом "кінетичної корекції". Після того як молекули тРНК приєднають відповідну амінокислоту, вони утворюють комплекс з особливим білком, т.зв. фактором елонгації (ФЕ, EF), який міцно пов'язується з аміноацільним кінцем молекули тРНК і з молекулою GTP. Саме цей комплекс, а не вільна тРНК злучається з належним кодоном в молекулі іРНК. Зв'язаний таким чином ФЕ забезпечує можливість правильного спарювання антикодоном з кодоном, але при цьому перешкоджає включенню даної амінокислоти в зростаючий пептид. Початкове впізнавання кодону служить для ФЕ сигналом до гідролізу пов'язаного з ним GTP до GDP + P, після чого ФЕ відділяється від рибосоми без тРНК і синтез білка триває. Завдяки ФЕ виникає короткий розрив у часі між спарюванням кодону з антикодоном і елонгацією пептиду, що дозволяє тРНК відокремитися від рибосоми. "Неправильна" молекула тРНК утворює в парі кодон - антикодон менше водневих зв'язків, ніж правильна, тому він слабший утримується на рибосоме і значить за даний проміжок часу має більше шансів відокремитися ".
Коментуючи цю, важливу для нас, довгу витримку, можна сказати, що акцент у ній зроблено на взаємному впізнавання тРНК і амінокислот через посередництво аміноацил-тРНК-синтетаз. Механізм його не ясний. Що стосується точності впізнавання кодоном антикодоном, то вона ілюзорна в силу "воблірованія" третього нуклеотиду, що вже обговорювалося. Видається, що вибір з дуплетних кодонів-омонімів реалізується за резонансно-хвильовим і контекстним (асоціативним, голографічним) і так званим "фоновим механізмів" (див. нижче). До цих пір вони перебували поза експериментів і міркувань, але в даний час необхідність у цьому очевидна. Омонімічність (неоднозначність) коду може бути подолана точно так само, як це відбувається у природних мовах, - шляхом приміщення омоніми, як частини, в ціле, тобто в закінчену фразу, контекст якої дешифрує омонім і привласнює йому єдине значення, створюючи однозначність. Тому іРНК в якості свого роду "фрази" або "пропозиції" повинна працювати в білковому синтезі як функціональне кодуючий ціле, що задає послідовність амінокислот на рівні асоціатів аміноацілірованних тРНК, які комплементарно взаємодіють з усією молекулою іРНК. При цьому роль А, Р-ділянок рибосоми, якщо вони реальні, полягає в акцепцію таких асоціатів - попередників білка з наступною ензиматичною зшивкою амінокислот у пептидний ланцюг. У цьому випадку буде відбуватися контекстно-орієнтований однозначний підбір колишніх омонімічних дуплет-кодонів. Можна передбачити у зв'язку з цим, що взаємодія аміноацілірованних-тРНК з іРНК носить колективний фазовий характер за типом реассоціаціі ("відпалу") однотяжних ДНК при зниженні температури після "плавлення" нативного полінуклеотидів. Чи існують експериментальні дані, які можна було б трактувати в такому дусі? Їх чимало і вони зведені в оглядово-аналітичному дослідженні [52]. Наведемо деякі з них.
Відомо, що правильність впізнавання молекулами тРНК терми-нірующіх кодонів залежить від їх контекстного оточення, зокрема, від наявності за стоповим кодоном уридину і, крім того, в роботі переконливо показане наступне. Вставлення рядка з дев'яти рідко використовуваних CUA-лейцінових кодонів після 13-го в складі 313 кодонів тестованої мРНК сильно інгібують їх трансляцію без явного впливу на трансляцію інших мРНК, що містять CUA-кодони. Навпаки, рядок з дев'яти часто використовуваних CUG-лейцінових кодонів в тих же позиціях не мала вираженого ефекту на трансляцію. При цьому не рідко, ні часто використовувані кодони не впливали на цей процес, коли були введені після кодону 223 або 307. Додаткові експерименти продемонстрували, що сильний позиційний ефект рідко використовуваних кодонів не може бути пояснений відмінностями в стабільності іРНК або в ступені суворості вибору відповідних тРНК. Позиційний ефект стає зрозумілим, вважають автори, якщо допустити, що транслюються послідовності менш стабільні поблизу початку зчитування: сповільненість трансляції реалізується за допомогою малого використання кодонів, які раніше йдуть в повідомленні, і це призводить до розпаду продуктів трансляції, раніше ніж здійсниться повна трансляція. Як бачимо, для трактування власних експериментів залучаються громіздкі допущення про розпад продуктів трансляції, припущень, ніяк не випливають з їх роботи, та які потребують спеціальних і тонких досліджень. У цьому сенсі наша ідея контекстних орієнтацій в управлінні синтезом білків проста, хоча експериментально довести її непросто. Цитована робота добре висвічує стратегічну лінію впливу суворо визначених і далеко розташованих від місця утворення пептидного зв'язку кодонових вставок в іРНК на включення або невключення конкретної амінокислоти до складу синтезованого білка. Це саме дистантное вплив, але в цитованій роботі воно просто констатується, залишаючись для дослідників незрозумілих і, мабуть, тому навіть не обговорюється. Таких робіт стає все більше. У тій, що ми обговорюємо, посилаються, наприклад, на півдюжини аналогічних результатів, де трактування в цьому сенсі також ускладнена. Причиною цього є недосконалість загальноприйнятої моделі генетичного коду. Це вірно і тому, що є дані про існування так званого протяжного (swollen) антикодоном [52]: у взаємодії тРНК з іРНК в А-сайті рибосоми беруть участь не три, а більша кількість пар основ. Це означає, що прийнятий пов-семестно постулат триплетного коду порушується і тут. Там же, в [52], наводяться результати роботи по взаємодії тРНК-тРНК на рибосомі, і це відповідає нашій ідеї про асоціати аміноацілірованних тРНК як попередника білка. В [52] висловлена ​​думка, що ефект дії контексту іРНК на однозначне включення амінокислот у пептид є відображенням якихось фундаментальних і поки погано вивчених закономірностей декодування генетичної інформації в процесі білкового синтезу. У роботі Ульфа Лагерквіста [11] "wobble" - гіпотеза Крику отримала розширену трактування і крайнє вираження, згідно з яким нуклеотид в третьому положенні кодону іРНК є зайвим, безглуздим, надлишковим, його присутність ігнорується, і тому читання антикодоном кодону проводиться за правилом "два з трьох ". Звідси логічно випливає масована неоднозначність прочитання іРНК і некоректність трансляції білкових молекул, що суперечить експериментам, і це констатується в [52], так само як і в інших дослідженнях. Разом з тим, відзначається, що існує певний рівень неоднозначності трансляції іРНК в клітці, але він слабо піддається осмисленню. Крім помилковою трансляції значущих кодонів і зчитування стоп-кодонів як амінокислотних, в процесі білкового синтезу можуть відбуватися численні нормальні і рідко помилкові зрушення і перекриття рамок трансляції. Помилки виникають в результаті зчитування дуплетів або квадріплетов підстав як кодонів. Механізми зрушень рамки зчитування практично не вивчені. У багатьох роботах показано, що помилкова трансляції білків рибосомою викликається різноманітними несприятливими факторами - антибіотиками, зміною температури, створенням певних концентрацій катіонів, амінокислотним голодуванням та іншими умовами зовнішнього середовища. Підвищена неоднозначність трансляції кодонів, локалізованих в особливому контексті, має біологічне значення і призводить до невипадкового розподілу "помилкових" амінокислот по довжині синтезованого поліпептиду, що приводить до модифікацій функцій білків з виходом на механізми клітинних диференціювань, і тому контексти іРНК є субстратом природного відбору. Оптимальний рівень "помилок" трансляції (якщо це дійсно помилки) регулюється невідомими механізмами, і він онтогенетично і еволюційно виправданий [52]. Цьому відповідають і наші експериментально-теоретичні дані [8-18] про хвильових знакових взаємодіях у водно-рідкокристалічної середовищі клітини, до яких залучений білок-синтезуючий апарат. Нами виявлені резонансні частоти, загальні для ДНК, рибосом і колагену, і мають, ймовірно, біознаковую природу, а також відкрито здатність хромосом і ДНК бути лазеро-активним середовищем [18].
Повернемося знову до загальноприйнятих спочатку основним положенням генетичного коду: він є триплетних, пеперекривається, виродженим, не має "ком", тобто кодони нічим не відокремлені один від одного. І нарешті, він універсальний. Що залишилося від цих положень? Фактично нічого. У самому справі, код, мабуть, є дво-, трьох-, чотирьох-, ... n-буквеним як фрактальну і гетеромультіплетное освіту. Він перекривається. Він має коми, оскільки гетерокодони можуть бути відокремлені один від одного послідовностями з іншими функціями, в тому числі з функціями пунктуації. Код не універсальний - в мітохондріях він набуває специфічних рис. Як розуміти генетичний код з урахуванням наведених суперечностей і пропоновану нами логіки міркувань?
Для зняття цих протиріч можна постулювати якісну, спрощену, первинну версію речовинно-хвильового контролю за порядком вибудовування амінокислот в асоціати аміноацілірованних тРНК як попередника білка. З цієї позиції легше зрозуміти роботу генетичного, а точніше білкового, коду як однієї з безлічі ієрархія-хіческіх програм матеріально-хвильової самоорганізації біосистеми. У цьому сенсі такий код - перший етап хромосомних планів побудови біосистеми, оскільки мова геному багатовимірний, плюралістичний і не вичерпується завданням синтезу протеїнів. Більш детальне, фізико-математично формалізоване та експериментально підтверджене, виклад нової версії роботи білок-синтезуючого апарату роз-ться нами в даний час, хоча треба визнати, що це завдання xxI-xxII століть.
Основні положення пропонованої орієнтовною моделі речовинно-хвильових знакових процесів при біосинтезі білків зводяться до наступного:
1. Багатокомпонентний рибонуклеопротеїдними білоксинтезуючої-щий апарат є системою генерації високоорганізованих знакових семіотики-семантичних випромінювань акустико-електромагнітних полів, стратегічно регулюють його самоорганізацію і порядок включення амінокислот у поліпептидний ланцюг.
2. Аміноацілірованние пули тРНК асоціюють в послідовник-ності - попередники синтезованих білків до контакту з А-P ділянкою рибосоми. При цьому континуум антикодоном пулу комп-лементарен всій іРНК, за винятком дислокацій, що визначаються наявністю неканонічних нуклеотидних пар.
3. Порядок чергування аміноацілірованних тРНК в асоціати-попередниках білків визначається знаковими колективними резонансами всіх учасників синтезу амінокислотних послідовностей. Ключові хвильові матриці тут пре-мРНК, а також іРНК, що працюють як цілісний континуум різномасштабних по довжині гетерополікодонов, включаючи інтронів фракцію пре-іРНК як можливих макроконтекст. Головна функція хвильових матриць - асоціативно-контекстна орієнтація послідовності аміноацілірованних тРНК, орієнтація, більшою мірою, ніж воблгіпотеза, ігнорує правила канонічних спаровувань нуклеотидів в просторі іРНК-тРНК.
4. На рибосоме, на додаток і (або) поряд з резонансними регулювання взаємних розташування кодон-антікодонових континуумом функціонують лазероподобние випромінювання учасників даного процесу, коригуючі порядок включення амінокислотних залишків у пептид.
5. Рибосома ензиматичних ковалентно фіксує "де-юре" пептидні зв'язки амінокислотних послідовностей, намічені "де-факто" в поліамінокіслотном-полі-тРНК-асоціати, як попереднє-ніку білка.
6. Резонансно-хвильова "цензура" порядку включення амінокислот у пептидний ланцюг усуває потенційний семантичний свавілля створення помилкових білкових "пропозицій", який прямує з омонімії сімейств кодонів, і забезпечує їх "амінокислотної осмислення" за рахунок контекстного зняття омонімії неоднозначних однакових дублетів в кодонах. Той же механізм працює при неоднозначності більш високого порядку, коли число кодонів (n +1).
7. Виродженість генетичного коду необхідна для пре-іРНК-іРНК-залежного контекстно-орієнтованого точного підбору ацілі-рова тРНК, що визначається характером хвильових асоціативних резонансних взаємодій у білок-синтезирующем апараті.
8. Один з механізмів процесу створення безпомилкових після-послідовно аміноацілірованних тРНК на хвильових матрицях пре-іРНК-іРНК можна розглядати як окремий випадок частково комплементарної реассоціаціі однотяжних ДНК-ДНК і РНК-ДНК або, в більш загальному випадку, як акт самозбірки, відомий для рибосом, хромосом, мембран та інших молекулярно-надмолекулярних клітинних структур.
Таким чином, роль іРНК дуалистична. Ця молекула, як і ДНК, в еволюції знаменує собою вузлове подія - взаємодоповнююче сінергічное розшарування речовій і хвильової геноінформаціі. Неоднозначність речового кодування знімається прецезіонностью хвильового, що реалізується, ймовірно, за механізмами колективних резонансів і лазерно-голографічних (асоціативних, тематичних) ефектів у клітинно-тканинному континуумі [25,26,29]. Мега-контекстом тут виступає словесно-хвильовий Божественне Початок. Стрибок до більш розвиненого хвильовому регулювання трансляції РНКБелок супроводжується частковим або повним відмовою від правила канонічного спарювання аденіну з урацилом (тиміном) та гуаніну з цитозином, властивого еволюційно раніше відібраним етапам реплікації ДНК та транскрипції РНК. Така відмова енергетично невигідний в мікромасштабах, проте інформаційно необхідний, неминучий і енергетично кращий на рівні цілісного організму.
Особливо підкреслимо, що контекстні асоціативно-голографічні механізми роботи білок-синтезуючої системи організмів тісніше-шим чином пов'язані з так званим "Фоновим Принципом", який виявився універсальним і з'явився предметом великого відкриття [50]. З цієї позиції макроконтекст пре-інформаційних і контексти інформаційних РНК можна розглядати як фон, який забезпечує різке посилення сигналу, тобто вибору саме цієї з двох омонімічних аміноацілірованних тРНК, яка повинна увійти в білкову "фразу" або "слово". Цей вибір можливий лише після виділення когерентної складової у формі повторів одних і тих же осмислень дублетів-омонімів у кодонах. Цю ситуацію можна пояснити на простому прикладі. Скажімо, в пропозиції треба вибрати одне з двох слів (аналогів кодонів з дублетами-омонімами). Ці слова - "суд" і "сук". Ясно, що вибір залежить від цілого речення, від контексту, який виступає як фон, що дозволяє виділити сигнал - потрібне слово. Якщо пропозиція звучить "я побачив товстий сук на дереві", то заміна тут слова "сук" на "суд" буде рівносильна введенню шуму і втрати сигналу. Ймовірно, аналогічна роль пре-інформаційних РНК та інтронів - це різні рівні контекстів, які повинні бути ка-кім-то чином "прочитані" і "осмислені" живий клітиною. "Суб'єктом читання" може виступати багатолике сімейство солітонів - оптичних, акустичних, конформаційних, обертально-коливальних та інших.
Функції таких солітонів можуть виступати як способи регуляції кодон-антікодонових знакових взаємодій. У якості одного із способів можна уявити солітони механізм крутильних коливань нуклеотидів на цукрово-фосфатної осі іРНК, розглянутий нами для однотяжних РНК-подібних ділянок ДНК [24]. Цей механізм "запам'ятовує" послідовність нуклеотидів і може, ймовірно, пере-давати інформацію про це дистантно, тобто на відстанях, що значно перевищують довжину водневих зв'язків. Без дальньої (хвильовий) мить-рації сигналу про пре-іРНК-іРНК-послідовностях неможлива реалізація асоціативно-контекстних регуляцій синтезу білків. Тут необхідна хвильова континуальність, безпосередньо пов'язана з внеском Божественного Почала як мегаконтекста, виступає у формі природного електромагнітного та акустичного оточення земної кулі. Первинна перевірка пропонованих положень може бути проведена відносно простим способом - за результатами впливу електромагнітних і акустичних полів на синтез білків в безклітинних рибосомальних системах, наприклад за допомогою ФПУ-генераторів і передбачуваних лазерів на ДНК [18,24,25,34,35].
Можна висловити припущення, що наростаюче збільшення людських так званих раптових смертей посеред видимого здо-ровья, приурочених до зон високих рівнів "електромагнітного НВЧ-смогу", залежить від порушень тонкої хвильової регуляції білкового син-вого синтезу. При цьому можуть утворюватися аномальні білки "електромагнітного шоку", в тому числі і ферментні системи синтезу ендерпінов (ендогенних похідних резерпіну), які можуть бути аномальними ко-факторами оксидоредуктаз, швидко блоки-ючий процеси внутрішньоклітинної напрацювання енергії і, як наслідок, летальний результат [ 28; неопубліковані результати].

РОЗШИРЕННЯ МОДЕЛІ ХВИЛЬОВИЙ ГЕНЕТИЧНОГО КОДУВАННЯ

У наших дослідженнях [напр., 25] ми доводимо, що синтез біл-ка - лише один з прикладів генетичного кодування на хвильовому, стратегічному рівні, і трактуємо генетичну пам'ять розширено як солітонних-голографічну, властиву геному-біокомп'ютер. Ми розвиваємо ідеї Гурвича, Любищева і Беклемішева про випромінюваннях хромосом, про "геномі-оркестрі". Дійсно, якщо порівняти "запис" майбутнього організму на ДНК яйцеклітини з нотним записом, то одна музична фраза здатна асоціативно відновити всю сукупність музичних образів у нашій пам'яті, якщо ми хоч раз чули мелодію. Беручи це, ми виходимо на подання образного, знакового кодування структури організму послідовностями ДНК, тобто вони, послідовності нуклеотидів, є чимось на зразок звучать і видимих ​​текстів, але не в поетико-метафоричному сенсі, а дійсно текстами на невідомих поки мовах божественного походження в складно-ритмічної (музично-подібної?) хвильової аранжуванні. Але випромінюють чи хромосоми світло і звук? Експерименти дають однозначно позитивну відповідь. Акустичні поля хромосом, які генеруються як живими клітинами і їх ядрами, так і виділеними з хромосом препаратами ДНК, складно організовані, можуть набувати структури солітонів, а головне, здатні до дистантной трансляції гено-хвильової інформації [1,8,25,26-29] . Генетичні молекули дуалистична - будучи речовиною, вони ж працюють як джерела фізичних знакових полів. Хромосоми, як головна знакова фігура будь біосистеми, розщеплюються на багатовимірні фрактальні семіотичні структури речовини і поля, закоді-рова божественним промислом.
Зауважимо, що зачатки цих ідей та експериментів виникли не на порожньому місці (детально про це в [25]). Першими були, як згадувалося, Гурвич, Любіщев і Беклемішев (20-ті - 40-ті роки), потім, через кілька десятиліть, в Новосибірську А. Н. Мосолов (1980р.), а потім група вчених з Інституту загальної фізики АН ( 1984р.) за допомогою світлової та лазерної мікроскопії виявили в клітинних ядрах (хромосомах) нейронів якісь вібруючі (звучні) сферичні освіти. А. Н. Мосоловим було висловлено припущення, що вони є джерелами інформаційно-силових генетичних, а точніше, ембріональних полів в дусі ідей А. Г. Гурвича, але з суттєвою поправкою: по-перше, це не фотонні поля, по-друге, виявлені звукові випромінювання, за Мосолова, мають голографічне відбува-ходіння. Це була перша чітко сформульована гіпотеза знако-несучих (образних) хвильових голографічних структур геному вищих біосистем. Цю гіпотезу ми розвинули на підставі власних досліджень.
Ми йшли трохи іншим шляхом, намагаючись на перших етапах довести правильність фізико-математичної моделі Інглендера, запропонованої ним у 1980р., Про особливі хвильових станах ДНК-солітонів. Потім теоретичних моделей солітонів з'явилося безліч, але ніхто до 1991р. солітонів на ДНК експериментально не виявив. У 1985р. методом спектроскопії кореляції фотонів нам вдалося зафіксувати незвичайні аномально довго затухаючі коливання (звук) ДНК in vitro з мінливим спектральним складом, особливим чином розподіленим в часі. Це спостереження було настільки незвично, що було прийнято за експериментальну помилку і тому забуте на 6 років до тих пір, коли ми знову повторили цю роботу. Було виявлено, що ДНК має здатність як би в автоматичному режимі (квазі-спонтанно) синтезувати "незамолкающую складну мелодію з повторюваними музичними фразами" [8,25,29]. Такі повтори по ряду ознак були схожі на солітони процес у формі явища так званого повернення Фермі-Паста-Улама (ФПУ), а самі коливання ДНК схожих на ті, що спостерігали Мосолов та ін
Коротко про повернення ФПУ. Якщо в ланцюжку осциляторів (маятником), з'єднаних пружинками з нелінійними зв'язками, порушити один з них, то виникне незвичайне коливання з повтореннями (поверненнями) енергії початкового збудження. Це свого роду "пам'ять" всіх нелінійних систем, властива і молекулам ДНК, що продемонстровано на рівні теоретичної моделі А. А. Березіним. Але в ДНК така пам'ять, як показали наші дослідження, набуває особливого значення. Вона може нести семіотичну навантаження і виступати у формі свого роду "хвильових генів" - солітонів з внутрішньої коливальної структурою, подібною, ймовірно, з голограмами [25]. Однак, для виборчого "читання" in vivo генетичних голограм на рівні солітонів і в межах рідкокристалічного хромосомного континууму біосистеми необхідно лазерне поле хромосомного апарату. Довгі роки його намагалися знайти і відтворити поза живої клітини. У принципі, нам це вдалося. Ми отримали лазерне випромінювання на препаратах ДНК і хромосом методом двохфотонним-возбуждаемой люмінесценції [14].

Експериментальне підтвердження існування ХВИЛЬОВИХ ГЕНІВ

Тепер про можливості хвильового (епігенетичного, суперге-нетической) рівня роботи хромосом і його реалізації через технічні пристрої. У 1957р. в Китаї дослідник Дзян Каньджен почав, а з 70-х р.р. в Росії продовжив супергенетіческіе експерименти, які перегукувалися з передбаченнями Гурвича, Любищева і Беклемі-шева. З 60-х р.р. в Новосибірську академіком В. П. Казначеєва і його школою розпочаті дослідження, покликані підтвердити ідеї дистантних хвильових знакових міжклітинних взаємодій. Ними був відкритий так званий дзеркальний цитопатический ефект, коли культури живих клітин і тканин, герметично розділених кварцовим склом, обмінюються хвильової регуляторної інформацією, пов'язаної з функціями генетичного апарату.
Реальні та перевірені експерименти в області хвильової генетики першим почав проводити Дзян Каньджен. Підсумкові роботи його відомі. Прилад Дзян Каньджена, дистантно (десятки сантиметрів) передавальний "хвильові гени" від донора до реципієнта, використовує власні випроміню-чення біосистем-донорів, причому, як вважає автор, тільки в НВЧ-Діпазон електромагнітних полів. Авторське теоретичне обгрунтування-ня ефектів, отриманих за допомогою цієї апаратури, потребує суттєвого доопрацювання. Однак, експериментальні дані переконливо тельно. Це "хвильові гібриди" пшениці та кукурудзи, земляного горіха і соняшника, огірка та дині, качки і курки, кози і кролика. Отримані гібридами ознаки передаються у спадок. Блискучий емпірик Дзян Каньджен не пояснює тонкі механізми відкритих ним ефектів, але це анітрохи не применшує значення результатів, суть яких в доказі реальності хвильових генів.

ТЕОРЕТИЧНІ МОДЕЛІ ХВИЛЬОВИХ ГЕНІВ

Виникла нагальна необхідність у теоретичному розвитку ідеї хвильового генома, у фізико-математичному та теоретико-біологічних осмисленні роботи хромосом і ДНК в польовому та матеріальному аспектах. Перші спроби вирішити це завдання зробили П. П. Гаряев і А. А. Березін (Відділ теоретичних проблем РАН), а також А. А. Васильєв (Фізичний інститут РАН). В основу їх уявлень були покладені принципи когерентних фізичних випромінювань, голографії і солітонікі, теорія фізичного вакууму, фрактальні відображення структур ДНК і людської мови. Суть ідей Гаряєва - Березіна - Васильєва "ГБВ-модель" [25,19,30,33,53] полягає в тому, що геном вищих оранізмов розглядається як солітони біоголографіческій комп'ютер, формуючий просторово-часову структуру розвиваються ембріонів за каскадам реєстрів хвильових образів- попередників. При цьому в якості носіїв польових генів виступає континуум хвильових фронтів, що задається мультиплексний геноголограммамі, утвореними гелевим рідкокристалічним хромосомним континуумом. Акт "зчитування" інформації здійснюють самі ж хромосоми, генеруючі лазерні світло і звук у широких діапазонах. Близьку роль відіграють також і солітони на ДНК - особливий вид акустичних і електромагнітних полів, продукованих генетичним апаратом самого організму і здатних до посередницьких функцій по обміну стратегічною регуляторної інформацією між клітинами, тканинами та органами біосистеми. Важливо також і те, що квазі-голографічні решітки, у тому числі входять до складу коливальних структур солітонів, є лише окремим найпростішим випадком кодово-образної інформації, зафіксованої в хромосомному континуумі організму. Мультіплетнокодовая ДНК, де амінокислотний код - тільки мала частина, і "егоїстична ДНК" хромосом аналізуються в рамках ГБВ-моделі як потенційний стратегічний інформаційний вектор всіх клітин і тканин організму, включаючи кору головного мозку. Геном працює не тільки на матеріальному, а й на хвильовому, на "ідеальному" (тонкоматеріальному) рівні. Ця ідеальна компонента, яку можна назвати супергено-континуумом, і є головною знаковою фігурою геному, які забезпечують розвиток і життя людини, тварин, рослин, а також їх програмоване природне вмирання. Разом з тим важливо зрозуміти, що немає різкої і нездоланною кордону між хвильовими та матеріальними рівнями хромосом. Обидва вони утворюються речовими матрицями, але гени дають матеріальні репліки у вигляді РНК і білків, а супергени перетворять падаючі на них ендо-і екзогенні фізичні поля, формуючи з них просторово-часові розмічальні хвильові структури. Більш того, гени можуть бути складовою частиною голографічних граток супергенов і регулювати їх польову активність. І нарешті, супергени можуть формуватися як ДНК-РНК-нуклеопротеїд-лазерне поле, промодульованих їх текстами.
Особливої ​​уваги заслуговує в ГБВ-моделі обгрунтування єдності фрактальної (повторює саму себе в різних масштабах) структури послідовностей ДНК і людської мови. Те, що чотири літери генетичного алфавіту (Аденін, гуанін, цитозин, тимін) в ДНК-текстах утворюють геометричні фрактальні структури, консти-тировало Джефрі у 1990р. в рамках так званого "хаотично-ігрового" математичного представлення послідовностей нуклеотидів. Це не викликало особливої ​​реакції наукової громадськості. Проте, виявлення нами геноподобних фрактальних (в геометричному аспекті) структур в людської мови, і не тільки в буквених лавах російських і англійських текстів, але і в послідовностях слів цих текстів методично нетривіально. Хоча сама ідея фрактальності природних текстів не нова, але це ідея смислової фрактальності. У цілому, такий хід думки співзвучний напряму в семіотиці, званому "лінгвістична генетика", напряму, який намагається пояснити деякі, схоже загальні закономірності створення гібридів біосистем і "гібридів" слів. Стає зрозуміліше прийняте, і вже звичне, випереджаюче порівняння ДНК з природними текстами, що мало переважно метафоричний характер. Ми розробили модель фрактального представлення природних (людських) і генетичних мов [14], яка дозволяє приблизно вважати, що "квазіречь" ДНК має потенційним невичерпним запасом "слів". У цьому пункті ми суттєво розходимося з відомими уявленнями про виключно трибуквенне шифруванні молекулою ДНК і тільки послідовностей амінокислот в білках. Пропонована фрактальна модель може стати корисною для тонкого кількісного і смислового порівняння знакової структури будь-яких текстів, в тому числі генетичних. Можна спробувати підійти до дешифрування семантичних побудов ДНК і, відповідно, до складання алгоритмів мовного або квазіречевого звернення до геному будь біосистеми через апаратуру, що моделює знаково-хвильові функції генетичного апарату. Первинна практична перевірка ГБВ-моделі в області "мовних" характеристик ДНК дала позитивні результати. Так само, як і в експериментах Дзян Каньджена, був отриманий ефект прямої трансляції та введення геноволновой інформації від донора до акцептору. Потім ми створили пристрої - генератори солітони полів Фермі-Паста-Улама (ФПУ), в які можна було вводити мовні алгоритми, приміром, російською та англійською мовами. Такі вербальні структури перетворювалися в особливі електромагнітні (солітони) модульовані поля - аналоги тих, якими оперують клітини в процесі хвильових комунікацій. Організм і його генетичний апарат у певних, не зовсім зрозумілих, умовах "дізнається" такі "хвильові фрази" як свої власні і в ряді випадків надходить у відповідності з введеними людиною ззовні мовними керуючими впливами. Не виключений також фактор екзобіологіческого контролю за роботою геноструктурі через аналогічні комунікативні канали. А якщо бути точним, то цей контроль є Божественне Початок. Мабуть, геном не само-достатній для управління організацією біосистеми.
Нам вдалося отримати попередні результати по впливу кодових вербальних структур, що транслюються через апаратуру, на геном рослин-акцепторів. зафіксований факт розпізнавання геномами рослин людської мови, що корелює з ідеєю лінгвістичної генетики про глибинний схожості механізмів словотворення і синтезу мови для хромосом і людських мов [48], відповідає гіпотезі існування прамови людей [44] і перегукується з постулатом структурної лінгвістики, за яким всі природні мови мають глибинну вроджену універсальну граматику, інваріантну для всіх мов [51]. І, ймовірно, для мови геному як одного з них. Про це ж говорять широко відомі дані про генетичне дефіциті хромосом, що не дозволяє повністю реалізувати програми розвитку організму в умовах зовнішньої штучної польовий інформаційній ізоляції. Фільтрація чи спотворення деяких (гено-знакових) зовнішніх природних фізичних полів викликає каліцтва і загибель ембріонів. Це означає, що комунікації генетичних субстратів з екзогенними хвильовими знаковими структурами безумовно необхідні для гармонійного розвитку організму. Зовнішні Божественні (або штучні) хвильові сигнали несуть додаткову, а може бути і головну, інформацію в геноконтінуум Землі. Така ідея в якійсь мірі підтверджується нашими прямими експериментами, які показали, що ДНК в стані рідкого кристала може бути якоюсь подобою антени для прийому сигналів явно штучного характеру, різко відмінного від штатних акустичних випромінювань ДНК. Цей факт, можливо фундаментального характеру, проявляється в тому, що молекули ДНК в режимі "прийому", що триває не одну годину, починають вести себе аномальним чином, імітуючи квазі-розумна поведінка на рівні нелінійної динаміки полімеру, що реєструється методом кореляційної лазерної спектроскопії і прямим спостереженням за броунівським рухом молі-кул [10,15,25]. Не виключено, що в цьому виявляються вищі регуляторні хвильові супергеносігнали, призначені для стратегічного уп-ління організмами Землі.
Розгляд генетичних структур як космічних хвильових антен добре узгоджується з ідеями Хозе Аргуельеса щодо генетичного коду. Він вважає, що останній описує лише частина загальної картини життя, і доповненням до нього є світло - промениста енергія. Це резонансна промениста інфраструктура - світлове тіло - входить в діапазон випромінювання, який управляється кодом цолькіна, гармонійного модуля майя. Відстежуючи "джерело" променистої енергії, Аргуельес приходить до думки, що він є ядром нашої Галактики. Випромінювані їм спіральні потоки пульсацій обертаються у прямому і зворотному напрямках і являють собою код, який контролює самопередающее і самопреобразующее властивості променистої енергії. Описуваний гармонійним модулем майя галактичний код є першоджерелом, просочує і сповнюються життям код ДНК.
Зовсім недавно нам вдалося отримати ще одне свідчення на користь існування хвильових генів. Був відкритий феномен генерації широкосмугового спектру радіополей в діапазоні від кілогерц до одного мегагерца молекулами ДНК in vitro в особливих умовах. [42]. Препарати ДНК порушувалися в спеціальній резонансної системі He-Ne лазера зі специфічним фіческой модуляцією світлового пучка (довжина хвилі - 632,8 нм). Є підстави вважати, що така система перетворення видимої області спектра електромагнітного випромінювання в радіодіапазон властива біосистемах і вони використовують ці надслабких радіовипромінювання в якості носія хвильовий (квазіречевой) генетичної інформації. Феномен генерації радіохвиль з червоного світла виявився універсальним, властивим і неорганічних речовин, і зараз він багато разів перевіряється. Однак, вже зараз зафіксований особливий спектральний склад радіохвиль, що генеруються за участю генетичних структур. Треба думати, що виявлений один з хвильових "мов" генома, де суб'єктами "читання" і "озвучування" генотекстов виступають солітони хвилі (брізери) в ДНК [25,40,42].
Ще одне підтвердження нашої трактування кодових функцій геному отримано в 1994р. американськими дослідниками [12]. Працюючи з "кодують" і "некодуючими" послідовностями ДНК еука-ріот (в рамках старих уявлень про гени), ця наукова група з Бостона дійшла висновку, що суперечить догмі про те, що знакові функції зосереджені тільки в білок-шифруючих ділянках ДНК. Вони застосували метод статистичного аналізу природних і музичних текстів, відомий як закон Ципфа-Мандельброта, і принцип хати-точності текстової інформації Шеннона, що розраховується як ентропія текстів (щодо ентропії текстів і статистики розподілу слів у текстах див., наприклад, [17]). У результаті вони отримали, що "некодуючі" райони ДНК більш схожі з природними мовами, ніж "кодують", і що, можливо, "некодуючі" послідовник-ності генетичних молекул є основою для одного (або більше) біологічних мов. Крім того, авторами було розроблено статистичний алгоритм пошуку кодують послідовностей ДНК, який виявив, що білок-кодують ділянки мають суттєво меншими дальнодіючих кореляціями в порівнянні з зонами, які поділяють ці ділянки. Розподіл ДНК-послідовностей виявилося настільки складним, що використані методи переставали задовільно працювати вже на довжинах, що перевищують 10 ³ - 10 ² пар підстав. Розподіл Ципфа-Мандельброта для частот зустріч-емості "слів" з числом нуклеотидів від 3 до 8 показало більшу відповідність природної мови некодуючих послідовностей в порівнянні з кодують. Ще раз підкреслимо, що кодування автори розуміють як запис інформації про амінокислотної послідовності, і тільки. І в цьому парадокс, що змусив їх заявити, що некодуючі регіони ДНК - це не просто "junk" (у перекладі з англійської - "сміття"), а структури, призначені для якихось цілей з неясним поки призначенням. Дальнодействующіх кореляції в цих структурах авторам також незрозумілі, хоча і виявлена ​​наростаюча складність некодуючих послідовностей в еволюції біосистем, що продемонстровано на прикладі сімейства генів важкого ланцюга міозину при переході від еволюційно низьких таксонів до високих. Ці дані повністю відповідає нашим ідеям про те, що саме "некодуючі" послідовності ДНК, тобто близько 95 - 98% генома, і є стратегічним інформаційним змістом хромосом. Воно має матеріально-хвильову природу і тому багатомірна і, за своєю суттю, виступає як асоціативно-образна лінгвістіковолновая програма ембріологічного початку, смислового продовження та логічного кінця будь біосистеми. Зрозумівши це, автори з ностальгічним сумом прощаються зі старою і добре послужила моделлю генетичного коду, не пропонуючи, щоправда, нічого натомість.
Ще одна фундаментальна особливість голографії, екстраполі-рованная на біосистему, дає більшу ясність у розумінні хвильових механізмів "самоаналізу" біосистеми. Так, відкритий Денисюком "принцип відносності в голографії" (доплеровская голографія) виявив здатність інтерферограм, записуючих рухаються в тривимірному просторі об'єкти, як би передбачати їх просторове положення в майбутньому. Якщо доплеровская голограма формується хвилею, відбитої від об'єкта, що рухається, то звернена такий голограмою хвиля, йдучи зворотним ходом, фокусується не на сам об'єкт, а трохи попереду його. При цьому істотно, що точка фокусування зверненої хвилі є в цьому випадку саме тією точкою, в яку переміститься об'єкт за час, поки звернена хвиля пошириться від голограми до цього об'єкту. Немає підстав вважати, що принцип відносності в голографії не застосуємо до біосистемах, якщо сама голографія вже використовується організмом в мозковій пам'яті. Цей принцип може бути елементом оцінки динаміки метаболічних процесів і "стеження" за рухомими внутрішньоклітинними структурами та за великомасштабної динамікою морфогенетичних тканинних перебудов. Доплеровская система ендогенного біоконтролю дає спосіб елементарної прекогніціі метаболічних подій. З цим перегукується інше, близьке описуваних, властивість голограм. Доведено, що з голограм можливо зчитування сигнальних імпульсів із зверненого тимчасовою і просторовою структурою та продемонстровано, що порфіриновий компоненти таких найважливіших біомолекул як гемоглобін і хлорофіл в полістирольної матриці можуть голографічно записувати рознесені в часі лазерні імпульси. При зчитуванні відтворюється як відносна затримка, так і тимчасова форма записаного сигналу. Таким чином, у принциповому плані можна представити вже не тільки внутрішнє динамічне просторове "самоотсле-живание" біосистемою самої себе, а й аналогічний контроль за структурою власного часу з аналізом коротких тимчасових відрізків, спрямованих як в минуле, так і в майбутнє.
Роботи по поводженню тимчасового сигналу голограмою важливі і як приклад, що середовищем пам'яті такого роду можуть служити ключові біомолекули живих систем. І це не випадково. Фотосинтез (хлорофіл) і дихання (гемоглобін) - первоистоки життя на Землі, а структура часу для біосистем також важлива для них як структура власного простору, і контроль за ними може здійснювати фундаментальний хвильової принцип інтерференції і дифракції.
Порфірини - не єдиний біоносітель голографічного пам'я-ти. Аналогічно працює складний фоточутливий білок мікробних клітин бактеріородопсин. Наступним найважливішим біоносітелем голо-графічної інформації є похідне колагену - желатину. Цей субстрат з 1968 року став класичним об'єктом для вивчення механізмів формування амплітудних і амплітудно-фазових голо-графічних решіток в різних діапазонах електромагнітних полів. Використання похідних колагену підтверджує обговорювалася вище думку про те, що система позаклітинний матрикс, структурнофункциональной основою яких є колаген, працює з використанням власної пам'яті на інтерферуючі поля і (або) здатна до синтезу епігенознакових дифракційних решіток типу псевдоголограмм без участі интерферирующих полів.
Не виключено, що в клітинах і тканинах використовується теплової діапазон ендогенних полів для автосканування і запису. Відомо, що для запису на желатині використовується ІК-СО лазер (довжина хвилі 10,6 мкм), який викликає у неї локальні незворотні конфор-мационного переходи типу спіраль-клубок, пов'язані зі структурними станами гідратаціонной води. Істотним свідченням правильності голографічної парадигми, крім наших досліджень, служать роботи Будаговского і Євсєєвої, що показали в прямих експериментах можливість дистантной трансляції біологічно активного морфогенетичного голографічного сигналу з рослини-донора на калюсна тканину рослини-акцептора близького виду.
Можливо, якимось наближенням до того, що відбувається у біосистемах і корелює зі згадуваними роботами, служать також дослідження, в яких виявлено, що гелі колагену мають здатність каномально довгому загасання власних макроконформа-ційних коливань, даючи при цьому повторюються, але різнопланові фур'є-спектри, що нами підтверджено і розвинене в теоретичному та експериментальному планах не тільки для колагену, а й для ДНК і рибосом. Цей феномен, можливо, пов'язаний з солітонообразованіем на інформаційних біополімерах у формі явища повернення Фермі-Паста-Улама. Властивість аномально малої затухаемості коливань колагену знаходить досить несподіване підтвердження в електроакустиці кісток. Виявлена ​​спонтанна генерація змінних електричних хвиль кістковою тканиною навіть тоді, коли вона взята у мертвих тварин, через багато годин після їх смерті. Заманливо пояснити це явище коливаннями колагенових фібрил у складі кісткової тканини і генерацією ними полів за рахунок своїх електретних властивостей, відомих для колагену. Якщо це правильно, отримує пояснення ще один незвичайний факт: плівки-підкладки з колагену, використовувані як штучний позаклітинний матрикс при вирощуванні на них культури фібробластів, при укаливанія голкою починають організовувати впорядковані руху фібробластів. Останні збираються в чіткі ритмічні патерни, причини виникнення яких не ясні. І тут можна простежити явище того ж порядку, що й у випадку генеруючої поля ізольованою кісткової тканини. В обох випадках мають місце квазіспонтанние коливання гелів колагену, породжують акустичні та електричні поля, які додатково збуджуються уколом в другому випадку. Система колаген-фібробласти in vitro буде в такому випадку елементарної моделлю матрично-клітинних морфогенетичних відносин, коли запускаються механізми клітинно-тканинних рухів за програмами хвильових фронтів акустико-електромагнітних голограм динамічної системи "клітини U позаклітинний матрикс" з рідкокристалічними компонентами, здатними пам'ятати інтерферуючі поля.
Теоретично інформаційна ємність голографічних граток навіть у двовимірному варіанті при записі електромагнітних коливань величезна, так як вони несуть восьмивимірного інформацію. Обсяг ларингології-рафіческой пам'яті у біосистемах (крім мозку) може бути ще більшим за рахунок запису в тривимірній рідкокристалічної середовищі так званих мультиплексний голограм, коли змінюються відносини інтенсивності опорного і об'єктного пучків і змінюються кути між ними, що логічно припустити в мобільного тканинної середовищі організму.
Розшифровка механізмів швидкої і безінерційної передачі великих масивів хвильової інформації в організмі дозволяє по іншому поглянути на проблеми онкології. Дійсно, важко інакше пояснити відомі експерименти по індукції пухлин імплантованими в тканину шліфованими (відображають хвилі) сторонніми матеріалами. Шорсткуваті сторонні предмети викликають пухлини у 12% випадків у порівнянні з 49% дзеркальних того ж складу. У цьому випадку переродившись клітини, що дають клони пухлинних, виникають у сполучно-тканинної капсулі, навколишнього чужорідне тіло, або рідко за межами капсули, але вони ніколи не виявляються в монослое клітин, що лежать безпосередньо на инородном тілі. Для природних ендогенних електромагнітних та акустичних полів організму, що відображають їх сторонні тіла є шумовими перешкодами в передачі хвильової інформації з голографічним і солітонний механізм.
Як один із шляхів нового розуміння геному нами було розпочато вивчення деяких важко інтерпретуються феноменів життєвих форм. До числа таких незвичайних і незрозумілих ("аномальних") явищ відносяться ефекти слідової пам'яті генетичного матеріалу, виявлені нами і незалежно групою Роберта Пекора (США). Сюди ж відноситься феномен так званого фантомного листового ефекту, підтвердженого в багатьох лабораторіях, в тому числі і нами. Таку пам'ять геному можна розглядати як один з видів генетичної польовий пам'яті біосистем на молекулярно-ткане-органному рівні. Вона реалізується одночасно як асоціативно-голографічна і як пам'ять післядії ДНК і дає інші версії роботи хромосом, що доповнюють вже відомі механізми і переводять проблему біологічного морфогенезу в інші гносеологічні плани. Ця проблема нами досліджена одночасно в теоретико-біологічному, фізико-мате-ному та експериментальному планах [8,25,27,37]. У зв'язку з цим видається, що існує геносеміотіческій сектор роботи хромосомного континууму, в якому відбувається дуалістичне розщеплення смислових рядів ДНК на рівні речовини (репліки РНК і білків, знакові топології хромосом) і поля (знакові акустика і електромагнітні випромінювання геному). Виходячи з цього, що кодує ієрархію хромосомного апарату еукаріотів можна представити таким чином.

Речовина: хромосомна ДНК як кодує структура, в якій триплетних генетичний код виконує первинні найпростіші гено-знакові функції синтезу іРНК і білків (1-й рівень). Хромосомна ДНК, що включає спейсерние і інтрони зони як багатовимірна структура знакових фрактальних топологічних форм рідкого крис-талу, окремим випадком яких виступають голографічні решітки поліядерних когерентного континууму геному (2-й рівень). Квазі-"мовні" фрактали полінуклеотидних ДНК-РНК-послідовностей, більш довгих ніж триплети кодонів і білкових генів і кодують на "словесно"-образному рівні (3-й, 4-й ... n-й рівні).

Поле: відчужені від генома у формі хвильових знакових побудов "ідеальні" або "смислові" (образні) ряди, суб'єктом генерації та "розуміння" яких виступає геном як солітонноголо-графічний біокомп'ютер з квазі-"мовними" атрибутами, і відповідно, квазісознаніем. Призначення хвильових і "мовних" команд полягає в логічній квазі-свідомої розмітці потенційної біосистеми, тобто в синтезі її польового щодо сталого і разом з тим динамічного "автопортрета" - хвильової фізичної матриці для правильного розподілу речовини організму в його власному пространствевремені. У цьому плані логічно розглянути:
а) інформаційні відносини між системою позаклітинний матрикс, цитоскелетом, білок-синтезуючим апаратом і хромосомами з нових позицій, що враховують власні експериментальні дані про ізоморфних хвильових статки цих биоструктур;
б) внесок ендогенних фізичних полів в біоморфогенез;
в) роль ендогенних фізичних полів в ембріогенезі біосистем з точки зору солітонікі і голографії; висловлена ​​ідея ізоморфно-гомоморфним відображень на рівні польових функцій геному з його здатністю до солітонних збуджень і транспорту їх по "водному" клітинно-міжклітинний континууму.
У рамках проведених математичних експериментів вияв-жилась здатність комп'ютерних математичних моделей солітонів Інглендера-Салерно-Маслова на ДНК запам'ятовувати послідовності нуклеотидів, відображаючи їх у динаміці власної поведінки в часі. При цьому позначилася й очевидна зворотне завдання - якщо солітони здійснюють "запам'ятовування" структур ДНК у своїх амплітудно-траєкторних модуляціях, то природно вважати практично можливою генерацію цієї інформації за межі ДНК, що корелює з нашими експериментами і теорією за дистантной передачу хвильових морфогенетичних сигналів [25 ]. У фізичному і семіотичному планах це може і повинно знайти відображення у формі ретрансляції солітону послідовностей нуклеотидів (на рівні великих блоків) в адекватній читається, в тому числі і людиною, формі.

МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ Солітони НА ДНК

Маріо Салерно першим почав комп'ютерне експериментування з солітону на ДНК не тільки як з формальними математичними структурами, він спробував зв'язати їх поведінка в одновимірному простий-ранство полінуклеотидів з їх біогенетичними, а точніше, з Епіген-нетической функціями. При цьому він розвинув першу модель солітонів на ДНК, запропоновану Інглендером і співавторами. Ця модель і в подальшому її більш детальні форми, включаючи нашу (див. нижче), представлена ​​в поняттях механічних систем як ланцюжок осциляторів (підстав ДНК), пов'язаних пружними нелінійними цукрово-фосфатними зв'язками. Слідом за Салерно основну увагу ми приділили реально існуючим відомим послідовностей ДНК і впливу їх на характер поведінки солітонів. На першому етапі ми повторили його експерименти, але на істотно більш довгих відрізках ДНК. Дійсно, солітони збудження типу Кінко чутливі до місця своєї ініціації, і просування їх уздовж однієї з ланцюжків ДНК, коли вони розкриті внаслідок теплових флуктуацій, супроводжується специфічної модуляцією траєкторії Кінко в часі. Такі солітони є структурами, що випромінюють електромагнітне й акустичне поле, їх внутрішня коливальна структура здатна відобразити і ретранслювати тексти та інші знакові структури ДНК у внутрішньо-і позаклітинний простір, принаймні на рівні великих блоків послідовностей. Як приклад можна привести поведінку Кінкі на фрагменті ДНК довжиною 1020 пар основ з вірусу саркоми птахів.

C-район ДНК (січень 1020 нуклеотид) на 3'-кінці вірусу саркоми птахів. Містить кілька "семантично" певних ділянок, таких, як поліпептид-кодує ділянку (між 558 і 675 нуклеотидами); PolA (936) - 3'-кінець вірусної РНК, сайт полі-аденілірованія; 916 нуклеотид - 5'-кінець вірусної РНК ( "capping site"); Red-ділянка (917 - 936) - короткий кінцевий повтор вірусного генома; Pro - ймовірний компонент промотора транскрипції (між 870 і 900); паліндром-"шпилька" (870 - 912).
На рис.1 і рис. 2 Кінкі мають форму піків "гірських гряд", а не сходинок, оскільки взята похідна від функції рівняння синус-Гордона. Тут горизонтальна вісь - послідовність ДНК, вертикальних - амплітуда солітону. Вісь на глядача - час. Видно, як при зміні місця ініціації солітону на певних послідовних полінуклеотіди помітно змінюється динаміка цієї уеді-ненной хвилі у формі її коливальних рухів уздовж ланцюжка ДНК.
Досліджуваний район молекули багатий функціонально (і семантично) біологічно значущими ділянками, і ми маємо право очікувати, що вони, ці ділянки, будуть змінювати, модулювати, тобто вводити ДНК "текстову" інформацію в солітонних хвилю як у переносник генетичних повідомлень. Така модуляція коливальної структури солітонів чітко спостерігається на наведених графіках. Можна вважати, що спектральний склад частот коливань солітонів є одним з механізмів перетворення текстових структур ДНК і РНК в хвильову форму і засобом передачі генетичних та інших повідомлень в одновимірному просторі вздовж ланцюжків полінуклеотидів і (або) у тривимірному вимірюванні геному як окремої клітини, так і тканинного континууму біосистеми.
Чотирьохсота
 
Рис.1
Вплив нуклеотидної послідовності ДНК на динаміку конфор-мационного обурення відокремленої (солітоноподобной) хвилі. Послідовних нуклеотидів - вірус саркоми птахів (перші 600 пар основ). Центр обурення - чотирьохсоте нуклеотид.
Чотиреста п'ятидесятих
 
Рис.2
Те ж, що на рис.1, але центр обурення ланцюжка ДНК на чотиреста п'ятидесятих нуклеотиді.
Так працює комп'ютерна модель динаміки солітонів, певною мірою розвинена Салерно після її висунення Інглендером. Салерно дав формалізм, що описує обертальні коливання нуклеотидів молекули ДНК, для того щоб пояснити експериментальні дані по воднево-тритієвого обміну в ДНК. Відповідно до цієї моделі за Інглендеру, в ланцюзі ДНК можуть виникати (під впливом теплового шуму) і поширюватися відкриті стану ("плавлення" подвійний спи-грали ДНК на коротких ділянках, збагачених АТ-парами) у вигляді локалізованих дислокацій (відокремлених хвиль). Маріо Салерно, про-повинен роботу Інглендера, в спрощеному варіанті виявив вплив послідовності нуклеотидів на нелінійну динаміку обертальних коливань нуклеотидів на однотяжних ділянках ДНК, що утворюють такі відкриті ("open state") області. Пізніше Якушевич, Федянін, Хомма та ін розглянули різні узагальнення моделі Інглендера, з оцінкою особливостей будови ДНК, враховуючи обрив водневого зв'язку при відкритті підстав, парність ланцюга ДНК і інші ступені свободи, відмінні від обертальних. Однак, у зазначених роботах недостатньо сказано про причини виникнення дислокацій у ДНК. Ми пропонуємо можливий механізм цього процесу в ДНК, альтернативний гіпотезі Інглендера про вплив теплового шуму як причини розкриття пар основ. Ми вважаємо, що дислокації на ДНК можуть виникати при зміні періоду спіралі ДНК (основна частина ідеї належить М. Ю. Маслову).
У нашій моделі нуклеотиди ДНК розглядаються як осцилятори, підвішені на невагомому нерозтяжній стрижні; цукрово-фосфатна зв'язок між сусідніми нуклеотидами в ланцюжку моделюється лінійними пружинами; спирализация вздовж ланцюга не враховується; водневі зв'язки між комплементарними основами моделюється "гравітаційним" потенціалом. Гамільтоніан за М. Салерно виглядає наступним чином: (1)
де: - кути обертань нуклеотидів в різних колах, - константи пружності уздовж ланцюгів, - число пар в ланцюзі, - момент інерції підстав, - константа пружності водневих зв'язків між комплементарними основами.
Коефіцієнти в рівнянні (1) визначаються відповідно до правила: у разі АТ і ТА пар, у разі ГЦ і ЦГ пар; - параметр, визначений Федянін і Якушевич і отриманий на основі моделі синус-Гордона і експериментальних даних. Далі для спрощення моделі вважається, що
Рівняння руху для різниці, отримані з (1), мають за М. Салерно вигляд:
(2)
де проведена заміна.
У випадку, в системі (2) можна перейти до безрозмірного диференціальному рівнянню синус-Гордона:
, (3)
"Безперервний аналог" системи (2). Це рівняння має солітони рішення, зокрема, односолітонное рішення, або Кинк, відповідає дислокації в ланцюзі.
Основним припущенням моделей Інглендера-Салерно є те, що взаємодія між комплементарними основами описується потенціалом (4), в якому не враховується обрив водневого зв'язку.
У нашій роботі розглядається наступний потенціал:
Крім того, враховується в'язкість водного середовища (у воді в'язкість ~ 1).
Розглядаються також фактори, що призводять до спіралізаціі ДНК, при цьому вони вважаються зовнішніми силами, що задаються потенціалом
де - період спіралі.
Рівняння (2) з потенціалом і з урахуванням в'язкості приймають вигляд:
(5)
Відомо, що період спіралі ДНК змінюється в залежності від вологості. Зокрема, для кристалічної ДНК, а у водному середовищі - в межах від 10. 3 до 10. 6. Саме цим фактором обумовлена ​​явище суперспіралізацію. При зміні кроку спіралі в ланцюзі ДНК (з фіксованими або замкнутими кінцями) виникає напруга, пов'язана з нестачею (надлишком) кількості витків спіралі до релаксувати стану. Якщо, то при переході з сухого в зволожене стан для ланцюга довжиною в 300 пар основ виникне надлишок у витка.
У нашій роботі на основі результатів чисельного моделювання, представлених нижче, висувається наступна гіпотеза: зміна кроку спіралі може призвести не тільки до суперспіралізацію, але і до локального розпарювання ланцюга ДНК. Крім того, при суперспіралізацію напруга в колі знімається не повністю, тому локальне розпарювання, ймовірно, може відбуватися і одночасно з суперспіралізацію.
Система (5) чисельно інтегрувалася в інтервалі з кроком. Початкові умови такі:
Період спіралі в системі (5) довжина poly (A)-ланцюга - 300 пар основ. Тобто параметри періоду спіралі в початкових умовах і в системі (5) різні. Таким чином змодельовано перенесення ДНК з кристалічного стану в зволожене.
Граничні умови такі (назвемо їх "квазіцікліческімі"):
Особливістю даної моделі є те, що при переході зі стану з періодом в 10 пар в стан з періодом в 10, 5 пар майже весь ланцюг виявляється денатурованою ("розплавленої"). Наведені нижче результати описують процес ренатурації такого ланцюга з виникненням дислокацій.
У цих експериментах варіювалися параметри: 1) диссипация 2) відношення параметрів пружності 3) кут обриву водневих зв'язків.
На рис. 3 та 4 представлені результати чисельного інтегрування системи (5). Показана не сама функція, а різниця, оскільки область зміни функції (приблизно від до) велика порівняно з характерними змінами в системі (приблизно від 0 до 9). Горизонтальна частина графіків відповідає нераспаренному ділянки кола з періодом спіралі. Похила частина графіків на рис. 3 (a), 4 (а) відповідає дислокації.
Можна зробити наступні висновки:
1) Здатність до утворення дислокації в цій моделі сильно залежить від. При дислокація виникла у всіх рассмот-рених випадках.
2) Здатність до утворення дислокації також сильно залежить від параметра. У всіх випадках, коли параметр великий (
на рис. 1.а, 2.а), дислокація виникла. На користь цього твердження також свідчить порівняння рис. 3 (а) і 4 (г).
Як показують додаткові розрахунки, впливна ефект виявляється у меншій мірі. Дислокація утворюється або не утворюється незалежно від значення (або). При великих значеннях дислокація утворюється повільніше, ніж при менших.
3) На рис. 3 (а), 4 (в, г) видно, що дислокація має кінкообразную форму.
Ширина дислокації залежить від параметрів (чим більше, тим менше ширина дислокації) і (чим більше, тим менше ширина дислокації).
Розвиваючи далі моделі солітони збуджень в ДНК (спільно з М. Ю. Масловим та ін) ми використовували умови, при яких ланцюжка ДНК моделюються набором ровібронних осциляторів, підвішених на невагомому нерозтяжній стрижні; для простоти спирализация ланцюга не враховується, а ровібронние ступеня свободи однієї з ланцюжків вважаються "замороженими".
У цьому випадку гамільтоніан для "активної" ланцюжка записується в наступному вигляді:
 
H = H ₀ + H ₁ + H ₂
(1)
де: - число пар основ у ланцюзі; - гамільтоніан, який описує власні осциляції мономерів (- кути обертання нуклеотидів в ланцюжку, - момент інерції підстав); - гамільтоніан, що характеризує нелінійно-періодичну зв'язок між осциляторами (- константа пружності ланцюжка,), - гамільтоніан ,
(А)
(Б)

а) x0 = 200 б) x0 = 250
Рис.3
в) г)
 
в) x0 = 300 г) x0 = 350
Рис. 4
описує нелінійну зв'язок між "активної" і "замороженою" () ланцюжками ДНК (- константа пружності водневих зв'язків між комплементарними основами, коефіцієнти в рівнянні (1) визначаються відповідно до правила: у разі АТ і ТА пар, у разі ГЦ і ЦГ пар ; - параметр, отриманий раніше (див. вище) і визначається на основі моделі синус-Гордона).
При малих гамільтоніан, що збігається з відповідною частиною загального гамільтоніана, використаного раніше (див. вище). У цьому випадку рівняння руху для, отримані з (1),
мають вигляд:
(2)
де проведена заміна.
У випадку в системі (2) можна перейти до безрозмірного диференціальному рівнянню синус-Гордона:
, (3)
"Безперервний аналог" системи (2). Це рівняння має солітони рішення, зокрема, односолітонное рішення, або Кинк, що характеризує динаміку розповсюдження дислокації в ланцюзі.
Відповідно до (1) система нелінійних рівнянь руху записується таким чином:
(4)
Як бачимо, системи (2) і (4) істотно розрізняються. Відзначимо, однак, що проведене нами чисельне моделювання динаміки систем (2) і (4) показало наступне: якщо в якості початкових умов для чисельного інтегрування (2) вибрати односолітонное рішення його "безперервного аналога" (3) - Кинк (див. вище) , то виявляється принципова подібність у характері рішень.
Однак, при завданні початкових умов у наступному вигляді:
(5)
де - "ступінчаста" функція з висотою ступеня і кутом нахилу уступу A, виявилося відмінність динаміки даних систем (срав. рис.1 і 2,3). Більш точно, системи (2) і (4) чисельно інтегрувалися методом Рунге-Кутта четвертого порядку з початковими умовами, заданими у вигляді (7), в інтервалі з кроком. Граничні умови - "квазі-циклічні":
(Полі-A-послідовність). Параметр системи. Варіювався параметр A (кут нахилу уступу функції).
Чисельне інтегрування системи (2) (рис. 1) показало, що утворюються дві відокремлених хвилі, що рухаються справа наліво по ланцюгу з постійною швидкістю. Перша хвиля має форму квазікінка, а друга хвиля має форму квазібрізера, причому швидкість першої хвилі перевершує таку для другої. Обидві хвилі за рахунок "квазіцікліческіх" граничних умов, доходячи до лівого кінця, з'являються на правому кінці без зміни своєї форми. Квазікінк, проходячи по ланцюгу маятників, змінює координату кожного маятника на кут (маятник робить повний оборот). Тому, проходячи по замкнутому ланцюзі маятників К разів, він змінює координату кожного маятника на кут Цим пояснюється "уступообразная" форма графіка на рис. 1.
На рис. 2 представлені результати інтегрування системи (4) при тих же умовах. З малюнка видно, що утворюються ті ж дві відокремлених хвилі - квазікінк і квазібрізер. Але принципова відмінність від розглянутого випадку полягає в тому, що квазікінк на самому початку рухається з негативним прискоренням, так що в результаті його швидкість виявляється менше швидкості квазібрізера. Зауважимо, що дослідження проводилися на однорідній полі-A-послідовності; так що зміна швидкості квазікінка не можна пояснити впливом неоднорідності ланцюжка. Цей ефект пояснюється нелінійним взаємодією між її мономерами.
Рис. 3 ілюструє результати інтегрування системи (4) при тих же умовах за винятком того, що A = 2. У даному випадку реалізується тільки квазікінк і його негативне прискорення на початку руху таким, що в результаті він рухається в напрямку, протилежному первісному. При інтегруванні системи (2) в аналогічних умовах також утворюється тільки квазікінк. Його швидкість не змінюється в порівнянні з випадком рис. 1.
Істотно, що при відповідних умовах у системі типу ДНК або РНК можуть виникнути перевзбужденние ровібронние стану. На квантовому мові це було б адекватно Перезаселеніе високо лежачих квантових рівнів в порівнянні з основним (реалізації інверсної заселеності). У цьому випадку виникає приваблива думка, пов'язана з принциповою можливістю створення біосолітонного лазера (БСЛ) на молекулах ДНК.
Проте, в теорії динаміки біополімерів добре відомо, що конформаційні руху реалізуються за механізмом обмеженою дифузії через сильний впливу дисипативних сил з боку мікрооточення. З цієї причини рішення проблеми створення БСЛ на ДНК є досить проблематичним, принаймні, для підтвердження ідеї необхідно виконання умов: де і - ширина і швидкість солітону відповідно, - час дисипації. Поклавши 5 A і (швидкість звуку), маємо оцінку. Відзначимо, що характерний час дисипації за рахунок водних гідродинамічних сил а час загасання, що обумовлюють процес всередині самої молекули (див., напр., Шайтан К.В. Біофізика. М., 1994. Т.39. С.949.; Чернавський та ін 1986. № 287. С. 21.).
Існує також і інша складність у відношенні самосогласованность біосолітонов і хвилі електромагнітного перевипромінювання. Нагадаємо, що математичне моделювання в даному випадку проводилося на монотонної полі-A ДНК і тому залишалося незрозумілим чи впливає гетерогенна природна послідовність ДНК на динаміку солітонних збудження в молекулі. Щоб перевірити це, як і раніше, був узятий З-район ДНК на 3'-кінці вірусу саркоми птахів як полігон для запуску солітонів на різних ділянках полімеру. На цей раз обчислювали похідну від функції з тим, щоб наочніше показати руху солітонів.
На рис.5, 6 (див. нижче) добре видно, як при зсуві області збудження солітонних хвилі від правої нижньої частини графіка наліво траєкторія хвилі зазнає істотні зміни, тобто "Словесно-мовне" наповнення ДНК відображається в поведінці солітону. Але головне тут не тільки і не стільки в цьому. На цей раз характерно не хитання хвилі близько деякого положення рівноваги, а рух її в ліву частину ланцюжка після певного часового інтервалу. У цьому вбачається певний біологічний сенс. Солітон як потенційний "суб'єкт читання" ДНК має "переглядати" протяжні контекстні зони, а не застрявати на одних і тих же "словах".

а) б)
Рис.5
а) Результати чисельного моделювання динаміки розповсюдження збурень в ДНК, на основі системи (2) при значенні параметра A = 1.
б) Те ж, вигляд зверху.
а)
б)
Рис.6
а) Результати чисельного моделювання динаміки розповсюдження збурень в ДНК, на основі системи (4) при значенні параметра A = 1.
б) Те ж, вигляд зверху.
a)

б)
Рис.7
а) Результати чисельного моделювання динаміки розповсюдження збурень в ДНК, на основі системи (4) при значенні параметра A = 2.
б) Те ж, вигляд зверху.
Двохсотий
 
Рис.8
Солітонних порушення ДНК, але з урахуванням нелінійності ковалентних зв'язків у цукрово-фосфатному остові ДНК. Послідовність нуклеотидів - вірус саркоми птахів (перші 600 пар основ). Центр обурення - двохсотий нуклеотид.
Чотирьохсота
 
Рис.9
Те ж, що на рис. 8, але центр обурення - чотирьохсотим нуклеотид.
П'ятисотий
 
Рис.10
Те ж, що на рис. 9, але центр обурення - п'ятисотий нуклеотид.

 

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОКАЗИ СОЛІТОНООБРАЗОВАНІЯ НА ІНФОРМАЦІЙНИХ біополімерів "IN VITRO"

Чи здатні молекули ДНК і білків до солітонних збуджень, передбаченим у численних теоретичних моделях? Нами зроблені спроби фіксації нелінійних хвиль такого роду in vitro методом спектроскопії кореляції фотонів. Виявлено стійкі ефекти, які з ряду ознак відповідають, зокрема, процесу спонтанного солітонообразованія в рамках явища повернення Фермі-Паста-Улама. [8,19,25,31,32]. Виявилося, що при переході від розведеного розчину ДНК до напіврозведених можна зареєструвати аномально довго затухаючі акустичні коливання гелевого континууму ДНК. Слабо затухаючі коливання зникають у міру переходу від напіврозведених до розведення розчину і в результаті зменшення довжини фрагментів ДНК. Ці дані підтверджують ранні роботи для агарози і колагену, де вперше виявлений феномен аномально слабкою затухаемості щільнісних коливань біогелів. Аномальне поведінку ДНК зареєстрували після наших спостережень і японські автори методом прямої реєстрації броунівський динаміки флуоресцентно-міченої ДНК. Причому, в роботі японців виявилися й інші незвичайні особливості нелінійної динаміки ДНК, які не вкладаються в добре розроблені теоретичні моделі Цімма і Роуза, але які добре відповідають нашим спостереженням і трактуванні молекул ДНК як структур, резонуючих на особливі зовнішні хвильові регуляторні сигнали [25,6 , 7,15,16,29] (також див нижче). Така самоорганізація хвильових процесів в ДНК може відбуватися і за таких фізичних умовах, коли істотну роль грають кооперативні процеси на рівні макромолекулярного континууму молекул ДНК, що наближається до структури хромосом. Чим більше структура розчинів ДНК відрізняється від архітектоніки ДНК в хромосомах (у наведених нами експериментах це відносно короткі фрагменти полімеру), тим менш істотні колективні далекі (в масштабах макромолекулярних протяженностей полінуклеотіди) взаємодії між ланцюгами ДНК, настільки важливі для епігенетичних функцій геному. Ключовою ланкою в даних експериментах є чітка реєстрація поведінки ДНК in vitro, яке раніше зафіксовано Бреннером і Носсалом для агарози і колагену в аналогічних умовах. Це дозволяє розглядати нелінійну динаміку такого роду для ДНК і інших інформаційних біополімерів як прояв солітони властивостей в рамках явища повернення Фермі-Паста-Улама (ФПУ). Нелінійна динаміка ДНК, її гідродинамічний поведінку і акустика надзвичайно чутливі до зовнішніх фізичних впливів in vitro - ензиматичною рестрикції, розбавленню-концентрування, нагрівання-охолодження, ультразвукової обробки, слабким механічних впливів, опроміненню ІК-лазерним полем, випромінюванням ФПУ-генератора з широкосмуговим електромагнітним спектром . Ці та аналогічні дії можуть і повинні в тій чи іншій мірі впливати на генетичний апарат в умовах in vivo, що спотворює нормальні епігенознаковие функції хромосом, що також підтверджується в наших експериментах. Нелінійна динаміка ДНК виявляє і інші "аномальні" властивості. Ми зафіксували різке відмінність коефіцієнтів дифузії для кільцевих і лінеаризованих плазмідних ДНК [33], яке також не вкладається в ціммовскую теорію поведінки полімерів у водних розчинах і в цьому плані знаходить підтвердження в роботах групи Роберта Пекора (США) і згадуваному дослідженні Матсумото зі співавторами. Ці незвичайні властивості ДНК, ймовірно, відіграють важливу роль, наприклад, для розуміння механізмів керованого "пілотування" і точної "посадки" транспозонов ДНК (аналогів плазмід) в межах рідкокристалічного сверхвязкого і надщільного континууму хромосом. Це завдання знаходиться в області загальної й невирішеної проблеми молекулярної біології - проблеми самоорганізації внутрішньоклітинних, міжклітинних і міжтканинних структур, їх "взаімоузнаваній". Ясно, що, знаючи хвильові, гідродинамічні і інші механізми точного пілотування таких важливих для людини транспозонов, як онкогени і обратнотранскріптазний геном вірусу імунодефіциту людини, ми будемо мати можливість коригувати їх у необхідному напрямку, виключає патогенез. Не менш істотним є факт виявлення нелінійної динаміки ДНК з ознаками поведінки солітонів за типом явища повернення ФПУ. Це також дає внесок в усвідомлення принципів макромолекулярних і надмолекулярних взаімоузнаваній в організмі по лінії солітонних-резонансних далеких взаємодій і робить більш реалістичною спробу дати нову версію роботи геному еукаріот, обговорювалася вище. Ми виявили й інші незвичайні прояви фізичних властивостей ДНК - її післядію або слідову пам'ять [25]. Цей феномен ставить проблему нових типів геномних функцій. Можливо, це явище тісно пов'язане з особливою пам'яттю геному вищих біосистем, а також, ймовірно, і з пам'яттю кори головного мозку. Але якщо для асоціативної корковою пам'яті і пам'яті геному рослин нами та іншими дані фізико-математичні моделі в термінах і поняттях голографічних солітони процесів, то пам'ять післядії ДНК - явище далеко не ясне і потребує більш глибокого дослідження і обережною трактуванні. Цей ефект зареєстрований нами при динамічному лазерному світлорозсіювання на препаратах високоочищених ядер з еритроцитів курей і на високополімерний чистої ДНК з зобної залози теляти [25]. По суті, аналогічне явище спостерігала група Р. Пекора (США) і назвала його "MED-effect" ( Mimicing Effect of Dust), тобто ефект, що імітує пил. Так само як і в наших роботах, цей феномен виявлений методом кореляційної лазерної спектроскопії на рестріктних фрагментах ДНК строго визначеної довжини. І в цьому випадку ДНК вела себе "аномальним" чином: зондувальні фотони дифрагувати не тільки на полінуклеотидних ланцюгах, але і на "сторонніх частках", яких у препараті свідомо не було, що забезпечувалося спеціальним знепилювання. Цей ніяк не прокоментовані групою Р. Пекора ефект сильно ускладнив їй спроби пояснити поведінку ДНК з позицій здавалося б добре розробленої теорії Цімма і Роуза для динаміки полімерів у водних розчинах. І це ще раз було підтверджено в Японії Матсумото та ін прямим спостереженням "аномально" броунірующей флуоресцентно-міченої ДНК. Представляється, що в роботі групи Пекора cветорассеяніе відбувалося не тільки на реальних фрагментах ДНК, але і на хвильових слідових структурах ДНК, що залишаються броунірующімі молекулами цього суперінформаціонного біополімеру в дусі теорії фізичного вакууму, де постулюється ідея створення фантомних торсіонних аксионів-кластерних еквівалентів фізичних тіл.
Що стосується "аномалій" ДНК, виявлених в роботі японців, то тут може мати місце також і внесок зовнішніх фізичних полів, коригуючих квазіспонтанную динаміку ДНК, внесок, який ніяк не приймався в розрахунок цитованими авторами.
 

ЗАПИС ІК-ЛАЗЕРНОГО СИГНАЛУ НА РІВНІ НЕЛІНІЙНОЇ ДИНАМІКИ ДНК

Загальна посилка даної частини роботи полягає в тому, що хромосомний апарат і його головна частина ДНК генерують знакові хвильові структури. Разом з тим, геном здатний на основі такого роду хвильової пам'яті розпізнавати і коригувати просторово-часову структуру біосистеми. Необхідний простий і однозначний експериментальний результат, який показав би, що молекули ДНК в принципі здатні до пам'яті на зовнішнє електромагнітне поле. У якості такого був обраний ІК-лазерний сигнал з урахуванням того, що ДНК in vivo оперує таким випромінюванням. Ми поставили кілька серій експериментів для того, щоб ввести in vitro такий штучний лазерний сигнал в гель молекул ДНК з подальшим аналізом їх нелінійної динаміки як системи відображення ІК-лазерного на рівні явища повернення Фермі-Паста-Улама (ФПУ) [25]. Для введення такого роду сигналу в нелінійно-динамічний континуум гелю ДНК ми використовували імпульсний режим роботи ІЧ-лазера Ga-As з довжиною хвилі 890 нм, частотою повторення імпульсів 600 Гц із середньою потужністю (мінімум 0,8; максимум 3,1) Вт з часом одноразової експозиції 4 сек. Реєстрацію впливів лазера і підготовку зразків ДНК з еритроцитів курей вели відповідно до [25], зокрема, з використанням методу кореляційної лазерної спектроскопії. Аналіз поведінки часових автокореляційних функцій (АКФ) світлорозсіювання ДНК показав, що сигнал ІК-лазера запам'ятовується биополимером у формі періодичної стохастизації АКФ і носить довгостроковий і стійкий характер. Періодичні повтори стохастичних АКФ допустимо трактувати як одну з форм явища повернення Фермі-Паста-Улама, поєднаного з властивою цьому явищу пам'яттю. Заморожування ДНК гелю протягом тижня не впливає на придбану пам'ять на ІК-лазерний сигнал. Після розморожування періодична стохастизації АКФ даного препарату зберігається, якщо підтримувати препарат у високополімерний формі. Таким чином, вдалося вперше здійснити запис зовнішнього штучного імпульсного ІЧ-лазерного на рівні нелінійної динаміки ДНК, що може служити найпростішої реалістичної моделлю епігеноволнових процесів in vivo.

ПРО МОЖЛИВІСТЬ СТВОРЕННЯ ЛАЗЕРА НА ІНФОРМАЦІЙНИХ біомакромолекул [30]

Минуло кілька десятиліть після того, як лауреати Нобелівської премії академіки РАН А. Н. Прохоров, Н. Г. Басов (Росія) і Чарльз Таунс (США), висловили ідею, а потім реалізували її, про можливість створення квантових генераторів. Зараз важко сказати, в якій області науки і техніки вони не застосовуються (від біології та медицини до лазерного термоядерного синтезу). Наступні дослідники внесли свій великий вклад у розвиток цієї проблеми.
У даній частині роботи ставиться питання: чи можна in vitro створити лазер на інформаційних біомакромолекул, перш за все на ДНК, РНК і хромосомах? Навряд чи може йти мова про створення енергетично потужних лазерів на цих структурах. Питання звучить по-іншому: які нові знання ми можемо отримати про ДНК, РНК і хромосомах, створивши такий лазер і досліджуючи характер його випромінювання? Можна думати, що це будуть принципово нові дані. Наприклад, про їх нелінійної динаміці, в тому числі солітонних типу, про ровібронних коливаннях, про модуляціях дисперсії оптичного обертання і кругового дихроїзму, перенесення енергії в інші, раніше недоступні (у такому варіанті методології) шари інформації. При цьому динамічні модифікації лазерного пучка можуть мати cемантіко-гено-біознаковий характер і тому будуть володіти могутньою біологічною активністю.
Перші міркування з цього приводу були запропоновані нами раніше [25,30]. У тому числі обговорювалася ідея про створення лазерної системи на Фреліховскіх модах [3]. Складність докази правильності всіх цих думок полягає в тому, що більшість генетичних структур, що містять у своєму складі ароматичні та гетероциклічні кільця, "прозорі" для характерного спектрального діапазону l @ 350-400нм. Труднощі також і в тому, що якщо використовувати потужну оптичну накачування, то це, з огляду на "крихкість" биоструктур, неминуче призведе до їх руйнування.
У цій главі для реалізації деяких з обговорюваних положень проведено дослідження in vitro спектрів двохфотонним-возбуждаемой люмінесценції (ДВЛ) гелі-рідкокристалічних препаратів нуклеогістона, що є сумарною фракцією хромосом, в якій переважають гістоновими білки, і ДНК (стандартні Високополімерні препарати фірми "Sigma"). Для суттєвого увелічеченія інтенсивності ДВЛ генетичних структур нами запропонований спосіб активації люмінесценції за рахунок введення до складу досліджуваних зразків активаторів (донорів) ДВЛ-визначених (близьких по спектру оптичного поглинання ДНК і нуклеогістону) органічних молекул. Такі молекули характеризуються великою інтенсивністю спектрів випромінювання, які розташовуються в області власного оптичного поглинання ДНК і нуклеогістона. В якості активатора ми використовували кристалічний препарат димедролу, структура якого включає пару бензольних кілець. Для димедролу це забезпечує інтенсивний спектр ДВЛ, що має вигляд широкої асиметричної смуги в діапазне 280 - 350Нм.
Для фотонної накачування досліджуваних препаратів ми застосовували лазер на парах міді. Цей лазер працює в стандартному імпульсно-періодичному режимі з частотою проходження імпульсів 10кГц, із середньою потужністю Вт, пікової потужністю 10Вт, довжинами хвиль генерації l = 510,8 нм і 578,2 нм (зелена і жовта лінії), тривалістю імпульсів нс. Лазерне випромінювання направляли на досліджуваний зразок у вигляді сфокусованого плями розміром мм. Застосування такого лазера як ініціатора ДВЛ виявилося досить ефективним при вивченні електронно-коливальних спектрів білків, ДНК, нуклеогістона і їх компонентів (пурини, піримідин, амінокислоти [19,30]). Реєструюча апаратура включала: фільтр для виділення лазерних ліній з l = 510,8 і 578,2 нм, фільтр для виділення випромінювань люмінесценції в УФ і фіолетовому діапазонах (з придушенням лазерного випромінювання), монохроматор (тип МДР-2) для сканування спектра в широкому інтервалі (від УФ до видимої області), Двохкоординатний самописець для реєстрації спектрів, вимірювач для контролю опорного сигналу і визначення ефективності спостережуваного сигналу. Для придушення теплових шумів застосовували строб-імпульс тривалістю 25-30нс, синхронізований з імпульсом збудження. Реєстрацію вторинного імпульсу випромінювання проводили з ФЕУ-130. Дослідження спектрів ДВЛ гелі-рідкокристалічного препарату ДНК у суміші з димедролом (ДНК-ДЛ) і нуклеогістона з димедролом (НГ-ДЛ) показали, що амплітуда ДВЛ спектру ДНК-ДЛ лише на порядок менше такої спектру ДВЛ чистого димедролу. Це забезпечує суттєве збільшення інтенсивності ДВЛ суміші ДНК-ДЛ в порівнянні з чистим препаратом ДНК у формі жорсткого гелю [19]. На цьому ж спектрі можна знайти ряд додаткових особливостей досліджуваних сумішей. Виявилося, що квантовий вихід ДВЛ для суміші НГ-ДЛ нижче, ніж для суміші ДНК-ДЛ. Інша характерна риса - разгорание або гасіння ДВЛ в часі. Для НГ-ДЛ спостерігається наростання ДВЛ в часі. Зворотний ефект спостерігається у разі ДНК-ДЛ. Представляє інтерес присутність вібронной структури в спектрах ДВЛ у вигляді окремих перекриваються смуг в області 310-370 нм, особливо для ДНК-ДЛ. Така структура близька до раніше спостерігався спектрами ДВЛ для нуклеозид-трифосфато [19].
Механізм різкого збільшення квантового виходу ДВЛ нуклеогістона і ДНК при наявності донор-активатора (димедролу) може бути пояснений швидкої квазірезонансного передачею енергії від збуджених молекул димедролу до досліджуваних геноструктурі. Яка спостерігається при цьому тонка многополосчатая структура ДВЛ спектрів корелює з характером вібронних смуг для ряду ароматичних і гетероциклічних сполук, включаючи чисті нуклеозид-трифосфати і ДНК [19]. Виникнення такого роду дискретизації спектрів можна трактувати переходом електронів біомакромолекул з електронного терма S ₁ на збуджені коливальні рівні основного стану S _0. У зв'язку з цим може бути реалізована інверсна заселеність на переходах при достатньому заселенні терма.
Проведемо оцінки необхідної інтенсивності лазерного випромінювання для створення інверсії (суперфлуоресценціі) в умовах проведених дослідів.
Умови інверсії записуються таким чином:
, (1)
де - щільність робочих молекул в змозі, - щільність молекул у стані, та - відповідні статистичні ваги квантових рівнів.
Щільність заселеності оцінюється зі співвідношення
, (2)
де - швидкість заселення рівня, - швидкість його розпаду за рахунок радіаційного процесу і (або) безвипромінювальної процесів.
Для величини маємо оцінку:
(3)
де W і - енергія і тривалість лазерного імпульсу, - ефективний об'єм середовища, в якому реалізується двохфотонним поглинання (S - площа поперечного перерізу сфокусованого світлового пучка, що падає на досліджуваний зразок, - ефективна довжина проникнення випромінювання в зразок), - щільність біомакромолекул (ДНК або нуклеогістона).
З урахуванням співвідношень (1) - (3) умова для Створення інверсної заселеності суперфлуоресценціі записується у вигляді
.
Використовуючи характерні дані
(Длянм) = Дж,
t @ 10нс,,,
отримуємо оцінку,
що близько до використаних значень інтенсивності в наших експериментах.
Проведені експериментальні дослідження та їх теоретичні оцінки дають підставу досить впевнено припускати, що при використовуваних режимах двохфотонним порушення з використанням активатора-димедролу в геноструктурі in vitro реалізується посилення люмінесценції, тобто випромінювання ДНК і нуклеогістона носить характер суперфлуоресценціі.
Не виключено, що у біосистемах роль дімедролоподобних речовин в якості активаторів можуть виконувати ендогенні сполуки, прямо або побічно взаємодіють з ДНК і хромосомами (стероїдні гормони, вуглеводи, нуклеозид-моно,-ді і-трифосфати, деякі вітаміни (наприклад, рибофлавін), ароматичні та гетероциклічні амінокислоти, катехол-і індолалкіламіни, деякі антибіотики, наркотичні речовини (наприклад, ендогенні морфіни - метаболіти етанолу і пептиди-ендорфіни), алкалоїди, токсини, ко-фактори ферментів, гем-містять білки та інші численні органічні сполуки, що містять бензольні і гетероциклічні компоненти.
Неясні умови реалізації інверсної електронної заселеності геноструктурі in vivo, близькі тим, які використовувалися нами в режимах ДВЛ. Такі умови можуть створюватися в біосистемах, наприклад, за рахунок фотон-фононних взаємодій в ДНК в рамках теорії Діке.
Однак, це відноситься до чисто фізичним механізмам. Що стосується фізико-біохімічних процесів, що призводять до лазерної накачуванні ДНК і хромосом in vivo, то як такі можна передбачити наявність в біосистемах потужних АТФ-азних систем, що постачають енергію для перекладу генетичних структур у біокогерентние стану (аналогічні тим, що як окремий випадок викладені у цій главі).

ТЕОРЕТИЧНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ МОЖЛИВОСТІ СТВОРЕННЯ БІОЛАЗЕРА НА ФРЕЛІХОВКІХ модах [3]

У цьому розділі обговорюється і аналітично розглядається можливість створення перезбудженого стану основний (виділено-ної) колективної Фреліховской моди за рахунок когерентного резолю-нансного взаємодії електромагнітного (амплітудно-модулююча-ного) випромінювання з Фреліховскім осцилятором. У рамках по-нять лазерної фізики мова йде про створення інверсної заселеності між квантовими рівнями виділеної коливальної моди і, в підсумку, про реалізацію "in vitro-in vivo" суперфлуоресценціі та лазерної генерації з використанням в якості робочих тіл молекул ДНК, РНК, білків, а також таких надмолекулярних структур, як рибосоми, полірібосоми і хромосоми.
Підкреслимо, що на відміну від Фреліховского підходу, в якому мається на увазі квазінеравновесное стан (коливальна температура виділеної моди перевершує таку "тепловий лазні" Tvib> Teq> 0, тобто коливання квазірівноважних), в даній роботі оцінено умови, при яких система розглянутих биосубстратов інвертовані (Tvib <0), що прямо пов'язано зі створенням інверсної населеності.
Отже, Фреліховская мода моделюється дворівневою квантової системою (рівень 1 - основний стан, 2 - верхнє), порушуємо резонансним амплітудно-модульованим електричним полем
 
E (t) = E og (t) сosw t, (1)
де E o - амплітуда напруженості поля, g (t) - модуляційний фактор, w = w 21 (w 21 - частота переходу 2 ® 1).
Процес збудження коливань моди описується рівнянням Больцмана для матриці щільності:
, (2)
де оператор Гамільтона в дипольному наближенні має вигляд:
де Ho = w 21 - гамільтоніан ізольованою дворівневої системи, оператору відповідає матриця з елементами 11 = 12 = 21 = 0, 22 = 1, - оператор прекціі індукованого дипольного моменту осцилятора на напрямок поля, - рівноважна матриця щільності, - феноменологічні введене час релаксації ( для діагональних елементів = T1, для недіагональні - T2).
Рівнянню Больцмана (2) еквівалентна наступна система рівнянь для елементів матриці щільності (ik; i, k = 1,2):
i (11 + (11-1) / T1) = E (t) (2112 - 1221),
i (12 +12 / T2) = - 2112 - E (t) 12 (22 - 11), (3)
i (21 + 21 / T2) = +2121 + E (t) 21 (22 - 11)
з урахуванням рівня нормування
22 +11 = 1 (4)
Неважко показати, що система (3) може зводитися до рівняння (при викладках другими гармоніками ~ exp (2i21t) нехтуваних): 22 +22 +
22 (0) = 22 = 0, (5)
де = Eo21 / - частота Рабі. Зауважимо, що амплітудна модуляція поля призводить не тільки до модуляціям частои Рабі, а й до модуляції "коефіцієнта тертя" осцилятора.
Нижче розглядається випадок T1 = T2 = T. Можна показати, що рівняння (5) допускає точне рішення для довільної функції g (t):
(6)
G (t) =
(T ') dt' (7)
Розглянемо випадок періодичної модуляції амплітуди напруженості поля
 
g (t) = cost. (8)
Якщо період модуляції T = 2 / коротше часу релаксації (T <<T), то для часу T <<t <<T усереднення (6) за період T дає:
<22> = 1 / 2 (9)
і, відповідно, (4):
<11> = 1 / 2,
де - функція Бесселя нульового порядку, так що для різниці населенностей рівнів 2 і 1 маємо
=. (10)
З (10) чітко випливає, що в діапазонах параметра, де k = 1,2, .. і - корені функції Бесселя, ймовірність заселення рівня 2 перевершує таку для рівня 1. Іншими словами, ми маємо перезбуджені Інвертований стан осцилятора, що є необхідною умовою для створення умов лазерної генерації (). Ситуація тут аналогічна процесу розгойдування маятника з пульсуючою точкою підвісу (маятник Капіци, класичне розгляд).
Для великих часів, t>> T, функція G (t), що входить у співвідношення (6), має вигляд:
G (t) = P (t) cos + Q (t) sin,
P (t) =
Q (t) = 2, (11)
де J - функція Бесселя відповідного порядку.
З (11) випливає важливий висновок: когерентний механізм взаємодії Фреліховскіх мод з резонансним амплітудно-модульованим полем обумовлює незгасаючі коливання діагональних елементів матриці щільності для часів t, переважаючих часи релаксації системи, причому частоти пульсацій кратні частоті амплітудної модуляції.
Усереднюючи (11) за період T, отримуємо
<G(t)> =, (12)
де x =- функції Бесселя мнимого порядку (i - уявна одиниця). В окремому випадку, коли період модуляції Tкороче часу релаксації T, x <<1,
<> = 1 / 2, <> = 1 / 2, (13)
так що
<> - <> = -. (14)
У даному випадку ефект інверсії не реалізується.
Розглянемо випадок, коли закон модуляції задається співвідношенням
 
g (t) = 1 +. (15)
За аналогією з попереднім для функції G (t), що входить у співвідношення (6), можна отримати (T.
G (t) =. (16)
З (16) видно, що спектр пульсацій діагональних матричних елементів і включає, крім частоти Рабі, "стоксовим" і "антистоксовой" комбінаційні частоти. Припустимо для певних n виконана умова, тобто
(17)
тоді, як випливає з (16), постійна складова для ймовірностей і зрушується. Динамічному стану рівноваги при цьому відповідають величини:
<> = 1 / 2, <> = 1 / 2, (18)
так що
Ефект інверсії (реалізується за умови
. (19)
Якщо параметр глибини модуляції лежить в діапазонах, де значення функції Бесселя негативні, то реалізується режим перезбудження системи (інформаційних біомакромолекул і надмолекулярних структур).
Таким чином, висловлена ​​ідея принципової можливості створення біолазеров на Фреліховскіх модах in vitro, а також ініціації таких процесів у живій клітині на додаток (або корекції) до відомих природним лазероподобним процесам в біосистемах. Показано, що в певних умовах - у разі когерентного (резолю-нансного) взаємодії амплітудно-модульованого зовнішнього електромагнітного випромінювання з Фреліховской модою - система інформаційних биоструктур може існувати в перепорушенням стані, що є необхідною передумовою для створення знаконесущіх біолазеров.
Необхідно зазначити, що описаний вище механізм формування біолазеров на основі молекул ДНК дозволяє підійти до спроби реалізації ще однієї фундаментальної гіпотези Фреліха про можливість перекачування енергії kТ внутрішньоклітинної рідини в енергію електричних коливань у молекулі ДНК. Відповідно до цієї гіпотези стохастичні теплові коливання kТ розчину можуть резонансно взаємодіяти (у певному інтервалі частот) з коливальними модами молекули ДНК, і завдяки тому, що як молекула ДНК, так і молекули білків є розподілені нелінійні коливальні структури, частина енергії може групуватися в низькочастотних модах цих молекул. Іншими словами, молекула ДНК в розчині може частково перетворювати енергію коливань kТ в енергію власних мод. Зауважимо, що навіть у рамках запропонованого квазі-нейно підходу проблема перекачування теплової енергії розчину може бути зведена до механізму загасання квантового осцилятора, який був запропонований А. Піппардом. C урахуванням цього в рівняння Шредінгера вводиться комплексний потенціал, інтерпретує передачу енергії осцилятора великому числу мод розширюється сферичного резонатора. Якщо розміри цього резонатора кінцеві, як у випадку з живою клітиною, то виникне резонансний обмін енергії між модами kТ розчину і електричними модами молекули ДНК. Ці міркування також говорять на користь того, що і у водно-рідкокристалічному електроліті клітинно-тканинного простору біосистеми генетичні молекули можуть функціонувати як біолазери.
Треба вказати на суттєву обставину щодо принципової можливості реалізації порушення Фреліховскіх мод "in vitro" за біохімічним шляху, а саме за рахунок енергії гідролізу АТФ та інших нуклеозид-трифосфату, а також за рахунок інших макроергічних сполук живої клітини. У даному випадку ми будемо штучно повторювати те, що еволюційно і (або) іншим шляхом дано біосистемах як основна інформаційна і, може бути, енергетична фігура. Ця частина наших досліджень ставить певні моральні та етичні проблеми застосування біолазеров.

АНТЕНА МОДЕЛЬ ФІЗИКО-МАТЕМАТИЧНИЙ Формалізм [16]

Як вже неодноразово наголошувалося, функціонування ряду біологічних макромолекул (зокрема, ферментів) та інших біологічних сполук багато в чому визначається процесами, що відбуваються в активних центрах, оточених біополімерний ланцюжками, що мають знакову топологію. Виходячи з такого представлення про структуру інформаційних біомакромолекул, природно припустити, що їх взаємодія з фізичними полями зовнішніх по відношенню до біосистемах і внутрішніх (організменних) випромінювань призводить до порушення дипольно-активних коливань мономерів, які формують зазначену ланцюжок, а ті, у свою чергу, індукують коливання в активному центрі. Іншими словами, така система буде працювати як своєрідна антена. Ці порушені коливання здатні призвести до переходу біомакромолекул в інше конформационное (топологічний, знакова) стан.
Подібна концепція в принциповому плані адекватна цілому ряду функціонально релевантними біомакромолекул, наприклад, хлорофілу, гемоглобіну, міоглобіну і т. д. Ці макромолекули об'єднуються двома структурними якостями: 1) у їх геометричному центрі розташований іон (у разі хлорофілу - іон магнію, у разі гемоглобіну - іон заліза), 2) близько іона симетрично розташовані 4 піррольних кільця (псевдоплоская структура).
Іншими типами біополімерів, відповідних антеною моделі, можуть бути порівняльний прості цикли типу валиномицин (переносник іонів калію) і складні надмолекулярні структури хромосом, ДНК яких містить високоорганізовані асоціати таких металів, як магній, кальцій, нікель, кобальт, мідь, залізо, цинк та ін . При цьому роль їх незрозуміла і зводиться дослідниками, в основному, до нейтралізації ОН-груп залишків фосфорної кислоти полінуклеотидів. Представляється, що функції металів в ДНК і РНК істотно більш широкі і реалізуються по лінії знакової і (або) енергетичної взаємодії з ендогенними і екзогенними по відношенню до биосистеме фізичними полями. Те ж відноситься і до білків, що не містить порфіриновий центр, але специфічним чином зв'язують метали. Наприклад, такими можна вважати сайт-специфічні білки з доменами типу "цинкових пальців", які беруть участь у регуляції генів, часом дуже далеко віддалених від цих керуючих білків. Атоми металів ДНК та білків можуть резонансно взаємодіяти з електромагнітним каналах в рамках понять антеною моделі. Ще раз позначимо поняття антеною моделі.
Зовнішня енергія (зокрема, пов'язана з резонансним взаємодією вкрай високочастотних електромагнітних випромінювань з білками) надходить на периферію, тобто на ансамбль субодиниць (не обов'язково ідентичних за структурою). У результаті активної "бесіди", зумовленою біохімічними зв'язками, між периферійними акцепторами (отримали закодовану енергію) і центром-асоціатів (в даному випадку іоном металу гемсодержащих білків), останній отримує енергію (інформацію), що і викликає біологічну дію. Ступінь реакційної здатності біомакромолекул істотно залежить від рівня збудження центральних субодиниць. Розглянемо в деталях потенційні механізми хвильових взаємодій фізичних полів і активних центрів інформаційних біомакромолекул в рамках пропонованої нами антеною моделі.
У якості найпростішої моделі для ілюстрації антенного ефекту розглянемо двовимірну замкнуту (циклічну) ланцюжок мономерів. У центрі циклу розташований активний центр, пов'язаний з мономерами ланцюжка диполь-дипольним взаємодією.
Позначимо координатні зміщення мономерів через, а зсув активного центру через. Для потенційної функції маємо:
(1)
Перші два члени в (1) відповідають коливанням мономерів (другий член враховує Ангармонізм); останні два члени відповідають за зв'язки між мономерами, Інші члени відповідають за зв'язки між мономерами і активним центром.
Рівняння руху запишемо у вигляді:
(2)
де - зовнішня монохроматична сила, що діє тільки на мономери, - коефіцієнт затухання, введений феноменологічно (простоти заради прийнятий однаковим і для мономерів, і для активного центру).

З урахуванням (1), система рівнянь (2) набуває вигляду:
(3)
(4)
Введемо загальну координату для ансамблю мономерів
. (5)
тоді система рівнянь (4) в лінійному наближенні набуває вигляду:
(6)
де:
- Число мономерів.
З урахуванням (5) маємо (7.1)
(7.2)
З (7.2) слід (8)

Підстановка (8) в (7.1) дає
.
(9)
Відповідне характеристичне рівняння має вигляд (після підстановки в однорідне рівняння):
(10)
Позначивши маємо

так що
(11)
Надалі передбачається виконання нерівностей:
(12)
Перша умова відповідає випадку слабкого зв'язку між мономерами і активним центром, друге - малому загасанню мономерних осциляторів.
Для власних значень маємо
, (13)
де введені колективні частоти:
(14)
Нас цікавлять вимушені коливання (зовнішня сила):
. (15)
Підстановка (15) в (9) і прирівнювання відповідних коефіцієнтів при і дають систему алгебраїчних рівнянь:
де:
У результаті отримуємо
де
Після нескладних, але громіздких перетворень для вимушених коливань активного центру отримуємо:
. (16)
З (16) видно, що найбільша амплітуда вимушених коливань активного центру досягається в умовах колективного резонансу: або, або.
У будь-якому з цих випадків для амплітуди вимушених коливань маємо:
(17)
З (17) випливає, що найбільший ефект резонансної розгойдування активного центру досягається при більшому числі периферійних субодиниць "антени", при більш високому значенні коефіцієнта зв'язку активного центру з мономерами, при найменшому коефіцієнті затухання і при найменшому дисбалансі колективних мод.
Неважко визначити і "хореографію" (динаміку вимушених коливань) окремих мономерних одиниць. Відповідно до (6) рівняння для k-го мономеру запишемо у вигляді:
(18)
Вводячи колективні координати
і застосовуючи метод лінійної алгебри, отримуємо для вимушених коливань мономерів:
,
(19)
де:
- Визначається з (16)
Таким чином, в рамках антеною моделі найбільший ефект впливу зовнішнього монохроматичного поля ре-Алізе в умовах колективного резонансу:
.
Повторюючи міркування розділу 2, можна зробити також наступні висновки:
1) При реалізації амплітудної модуляції зовнішнього сигналу мають місце додаткові можливості резонансного впливу на біомакромолекул на частотах:
2) Облік нелінійності при квадратичної зв'язку для монохроматичного сигналу привносить додатковий резонанс на другій гармоніці
3) Облік нелінійності при амплітудної модуляції визначає ще ряд резонансних можливостей:
 
Таким чином, при дії резонансного електромагнітного поля на біомакромолекул з активним центром, що містить атоми металів, істотну роль відіграють колективні хвильові ефекти. У цьому випадку властивості самого випромінювання зумовлюють широкі можливості регуляторного впливу на динаміку біомакромолекул в цілому і, отже, на біопроцеси, в ​​яких вони беруть участь, тим самим прямо чи опосередковано реалізуючи керуючі і (або) дезорганізують сигнали.

КОНВЕРСІЇ ЕПІГЕНОСІГНАЛОВ У ЕЛЕКТРОМАГНІТНИХ Солітони СТРУКТУРАХ, ЇХ транспозиції у ГЕНОМ Біосистем-акцепторів

Детально методи та експерименти з дистантной трансляції та біологічної активності електромагнітних солітонів, синтезованих на основі явища повернення Фермі-Паста-Улама (ФПУ) і промодульованих епігеносігналамі, наведені у роботі автора [25]. Тут же відзначимо принципові позиції, що розмежовують колишні уявлення про роботу генів як чисто речовинних утворень і наших уявлень про знакові хвильових випромінюваннях ("хвильових генах") хромосомного континууму.
Реальні та перевірені експерименти в області хвильової генетики першим почав проводити Дзян Каньджен. Підсумкові роботи його відомі [Дзян Каньджен. 1993. Біоелектромагнітное полі - матеріальний носій біогенетичної інформації. Аура-Z. № 3. с.42-54. Патент № 1828665 "Спосіб зміни спадкових ознак біологічного об'єкта та пристрій для направленої передачі біологічної інформації". заявка № 3434801. пріоритет винаходу 30.12.1981г., зареєстровано 13.10.1992г.]. Прилад Дзян Каньджена, дистантно (десятки сантиметрів) передавальний "хвильові гени" від донора до реципієнта, використовує власні випромінювання біосистем-донорів, причому, як вважає автор, тільки в НВЧ-Діпазон електромагнітних полів. Авторське теоретичне обгрунтування ефектів, отриманих за допомогою цієї апаратури, відверто слабко, а точніше, просто невірно. Однак результати переконливі. Це "хвильові" гібриди пшениці і кукурудзи, земляного горіха і соняшника, огірка та дині, качки і курки, кози і кролика. Отримані гібридами ознаки передаються у спадок. Блискучий емпірик Дзян Каньджен виявився нездатним зрозуміти тонкі механізми відкритих ним ефектів, але це анітрохи не применшує значення результатів, суть яких в доказі реальності "хвильових генів".
Слідом за цими дослідженнями ми, вже своїми методами, підтвердили принципову можливість дистантной трансляції і акцепцію епігенетичних керуючих сигналів in vitro-in vivo у формі особливого виду електромагнітного поля. Це ще раз підтвердило ідеї А.Г. Гурвича, А.А. Любищева і В.М. Беклемішева, але на сучасному рівні. Стало ясно, що "хвильові гени" можуть існувати, зокрема, як одна з форм явища повернення ФПУ, що добре корелює з нашими даними по ФПУ-поверненню на рівні нелінійної динаміки ДНК in vitro. Саме це фундаментальне явище і лягло в основу конструкції генератора ФПУ, наближено моделюючого знакові електродинаміку і акустику ДНК in vivo і тому здатного "зчитувати" і ретранслювати керуючі метаболізмом біосистем солітони структури з хромосомного континууму біосистем-донорів і резонансно вводити їх у геном біосистем-акцепторів.
У зв'язку з прінціпільной важливістю феномена моделювання ФПУ-процесів в геномі вищих біосистем за допомогою особливих радіоелектронних пристроїв (ФПУ-генераторів) має сенс зупинитися трохи докладніше на феномені ФПУ-повернення. Це явище було виявлено в 1949 р. як результат комп'ютерного дослідження динаміки коливань в ланцюжках нелінійно зв'язаних осциляторів. Виявилося, що проти всякого очікування енергія початкового обурення крайніх осциляторів в таких ланцюжок не термолізовалась, а розширитися по вищим гармоникам, потім знову збиралася в спектр первинного обурення. При збільшенні числа осциляторів в ланцюжку картина повернення енергії незмінно зберігалася. Ця проблема отримала назву повернення Ферма-Паста-Улама по іменах Е. Фермі, Д. Паста і З. Улама, які першими досліджували цю задачу. Надалі повернення ФПУ був експериментально виявлений в довгих електричних лініях з нелінійними елементами в плазмі, а також у динаміці хвиль на глибокій воді. Чудовим властивістю повернення ФПУ виявилася наявність "пам'яті" у його спектрі до початкових умов його активних мод.
Результати досліджень в галузі вивчення повернення ФПУ дозволили теоретично розглянути молекулу ДНК у вигляді електричного резонатора ФПУ. У цій моделі динаміка хвилі щільності електронів, що розповсюджується вздовж цукрово-фосфатних ланцюгів молекули ДНК, розглядалася в рамках нелінійного рівняння Шредінгера у формі, запропонованої Юеном і Лейк для опису динаміки солітони хвиль на глибокій воді. При цьому осциляції густини електронів у структурах нуклеотидів розуміли як возмущающие точкові джерела, розташовані на однакових відстанях уздовж цукрово-фосфатних ланцюжків ДНК, що інтерпретуються як довга електрична лінія.
Надалі ця модель була розвинена А. А. Березіним спільно з автором [25]. Зокрема, були розглянуті електричні поля (E ', E ") обох ланцюжків ДНК, де E' - середня амплітуда напруженості електричного поля за один просторовий період стоячих хвиль в першому ланцюжку ДНК, а E" - середня амплітуда напруженості електричного поля за один часовий період стоячих хвиль у другій ланцюга. Якщо прийняти, що коливання E 'і E "генеруються молекулою ДНК в навколишній простір, тоді поза молекули ДНК поля E' і E" утворюють сферичні фронти. При цьому в силу подання стоячих хвиль в молекулі ДНК у вигляді двох протилежно спрямованих біжать фронтів збурень, від джерела (молекули ДНК) буде розходитися сферична хвиля E ', а до джерела буде сходитися сферична хвиля E ", оскільки хвилі від молекули випромінюються в нелінійне середовище - внутрішньоклітинну рідину. Динаміка цих хвиль може бути описана в сферичних координатах. Для E "приватне рішення буде виглядати аналогічно. Було отримано вираз, що представляє собою інтенсивність електричної хвилі на сфері певної товщини навколо молекули ДНК, свого роду "сферична голограма", що існує в електроліті клітинно-тканинного простору в сферичному шарі. Запропонована модель вказує на можливість існування навколо молекули ДНК у складі хромосом сферичних акустико-електромагнітних солітонів (бри-зеров), які інтегрально відображають структуру хромосомного континууму і можуть рухатися за межі клітинних ядер або здійснювати коливальні рухи щодо якогось положення рівноваги і які містять статико-динамічні квазіголографіческіе (у загальному випадку дифракційні) решітки з епігенознаковой образно-Семан-тичної навантаженням. Такі решітки відображають поточне і (або) щодо постійне просторово-тимчасовий стан організму в кожній області багатовимірної структури вищих біосистем, де в даний момент знаходиться брізер. Наявність теплових збурень (kT) молекули ДНК, а також можливість існування фуранозних кілець нуклеотидів у вигляді двох конформацій, призводять до ускладнення моделі і необхідності введення в неї фазових флуктуацій електронної щільності.
Однак, враховуючи, що спектр ФПУ може служити перетворювачем стохастичних коливань у детерміновані, стохастична компонента динаміки коливань електронної щільності в молекулі ДНК є, ймовірно, її атрибутом.

ГЕНЕРАТОР ПАКЕТІВ відокремлених хвиль (Солітони) У ФОРМІ ПОВЕРНЕННЯ ФЕРМА-ПАСТА-Улам

Дана теоретична модель нелінійної знаковою акусто-електродинаміки ДНК лягла в основу створення сімейства радіоелектронних пристроїв - генераторів пакетів відокремлених хвиль у формі повернення Фермі-Паста-Улама (ФПУ-генераторів), призначених для генерації електромагнітних хвиль (солітонів), що володіють характерною просторово-часової структурою повернення ФПУ, яке виражається в періодичному переході коливальної структури від упорядкованого стану до хаотичного і назад. При цьому в упорядкованому стані первісна форма хвильового пакета і його просторово-часової спектр повністю повторюються. Важливою особливістю ФПУ-генераторів є просторово-часова структура його поля, яка є відносно простою фізичною моделлю коливальної структури молекули ДНК. Ця властивість дозволяє використовувати генератор в експериментах з дослідження власних коливань у препаратах ДНК і з інформаційного взаємодії біологічних систем, про які говорилося вище. Перші моделі таких генераторів були створені А. А. Березіним і співавторами (1988, 1989 р. р.), а потім в 1991р. були принципово доповнені П. П. Гаряєва і Г. Г. Комісарова за рахунок інтеграції в їх схеми кодує акустичного введення.
Принципова схема генератора містить ФПУ-резонатор у вигляді двох довгих ліній з підключеними до них нелінійними елементами (тунельні діоди). Напруга зсуву тунельних діодів задається стабілізаторами на транзисторах і стабилитроне. Вибір робочої точки тунельних діодів і спосіб їх підключення до ФПУ-резонатору забезпечують форму і спектр коливань генератора, які відповідають нормальним коливань одномірної решітки слабко пов'язаних нелінійних (ангармонічних) осциляторів з періодичними граничними умовами, при яких спостерігається явище повернення ФПУ. Для модуляції поля генератора зовнішніми акустичними сигналами може бути використаний вугільний мікрофон. Генератор харчується від двох акумуляторів типу ЦНК 0, 45-I-У2.
За допомогою ФПУ-генератора і ембріонів-донорів вдалося неперміссівно дистантно (20 см - 2, 0 м) здійснити ембріональну індукцію нейтральні і мезодермальних похідних в тканини ектодерми ранньої гаструли шпорцевой жаби. Були отримані результати і по відновленню нативної структури у аберантних радіаційно пошкоджених хромосом пшениці і ячменю [25,29]. Це показує реальність існування та моделювання знакових електромагнітних полів геноволнового рівня, керуючих стратегічним метаболізмом біосистем, їх спадковістю, і підтверджує близькі результати, отримані Дзян Каньдженом.

ЄДНІСТЬ ФРАКТАЛЬНОГО СТРУКТУРИ ДНК-"ТЕКСТІВ" І текстів природною мовою

Існує й інша семантична ніша знакових процесів в спадковому апараті вищих біосистем, пов'язана з його квазі-мовними характеристиками, а також з генетичною атрибутикою словотворів в природних людських мовах. Раніше отримані докази, що розвиток мов і людської мови підпорядковується законам формальної генетики. По суті, "тексти" ДНК (квазіречь) і писемність людей, їхню розмову (істинна мова) виконують однакові управлінські, регуляторні функції, але в різних фрактально-зчеплених масштабування. ДНК генетично функціонує на клітинно-тканинному рівні, а людська мова, як макрогенетіческая структура, використовується на рівні суспільної суперорганізмом. Нам вдалося дещо відійти від попередньої метафоричності використання понять лінгвістики стосовно ДНК, коли довільно використовують терміни "слово", "текст", "пунктуація", "граматика", інтуїтивно намагаючись зрозуміти інші виміри геному. Такому відходу сприяло застосування теорії фракталів та методу перекодіровок до послідовностей ДНК і структурі текстів людей. З'ясувалося, що ДНК і людська мова (тексти) мають стратегічно близькою фрактальної структурою в геометричному сенсі. Ймовірно, це якимось чином корелює з фрактальною структурою солітонних акустичного і електромагнітного ФПУ-поля, що генерується хромосомним апаратом вищих біосистем. Можливо, саме з цієї причини нам вдалося зареєструвати управлінські ефекти на геномах рослин, що викликаються за допомогою ФПУ-трансформованому людської мови, яка резонансно взаємодіє з хромосомною ДНК in vivo [25,29].
Цей результат, осмислений нами з позицій семіотики-хвильової складової генетичного коду, має істотне методологічне значення і для аналізу таких суперзнакових об'єктів, як тексти ДНК, і для геному в цілому. Відкриваються принципово нові смислові ареали хромосомного апарату. Однак біології і гено-лінгвістиці належить пройти ще великий шлях, перш ніж картина знакових рядів ДНК стане щодо ясною і розуміється. Введений нами спосіб мислення щодо функцій генома дозволяє зіставляти різні природні послідовності ДНК і РНК з оцінкою заходи їх схожості та відмінності, а також ступеня відносної складності їх знакової структури. І крім того, що більш важливо, з'являється метод зіставлення смислових конструкцій людської мови і кодують послідовностей ДНК. Якщо ми праві у своїх логічних і експериментальних побудовах, то в загальному плані видно нові виміри в розумінні мислення і свідомості через їх відображення в знакових (смислових) рядах на різних рівнях організації живої матерії - на рівні людської мови (вища форма свідомості) і квазіречі генетичних молекул (квазі-свідомість геному). Це добре відповідає математико-лінгвістичної моделі Хомського, що постулює загальні принципи, які лежать в основі будь-якої мови і які об'єднуються в "універсальну граматику". Така "універсальна граматика", за Хомського, є вродженою, тобто має генетичні детермінанти. Це надзвичайно важлива обставина, яке ще раз фокусує думку на супергенетіческом спорідненість знакових структур ДНК і мовних утворень людини. У якійсь мірі ми підтвердили зазначене положення, показавши спорідненість фрактале ДНК і людської мови. Хомський, ймовірно, має рацію в тому, що глибинні синтаксичні конструкції, що становлять основу мови, передаються у спадок від покоління до покоління, забезпечуючи кожному індивідууму можливість опанувати мову своїх предків. Те, що дитина легко вчиться будь-якій мові, пояснюється саме тим, що у своїй основі граматики всіх мов збігаються. Суть людської мови інваріантна для всіх людей. Можна думати, що ця інваріантність поширюється глибше, досягаючи макромолекулярних смислових ("мовних") структур хромосом. І цьому є певні теоретико-експериментальні підтвердження, отримані нами [25,29] і виводять на істотно значимі методологічні підходи м'якого регуляторного входження в невідомі раніше семіотичні пласти генетичного апарату вищих біосистем. Але в цьому ж поміщена і грізна небезпека стратегічних семіотики-хвильових спотворень знакополевого оточення Землі. Ідеї ​​хвильової (і "мовної") генетики знаходяться у фазі активного становлення і тому необхідна система жорстко певних заборон певних експериментів у цій галузі знання, подібна існуючої в генній інженерії, наприклад, з клонування вищих організмів.
Незалежне підтвердження правильності гіпотези існування квазі-вербального або, що одне і те ж, образного рівня кодових функцій ДНК (у межі хромосомного континууму біосистеми) може дати вихід із обмеженого, а іноді неправильного, функціонального поля триплетного генетичного коду, не пояснює ні синтез білкових " текстів ", ні те, як в геномі зашифрована просторово-тимчасова структура організму. Кінцева мета запропонованого аналізу виділення знакових одиниць різних рівнів і розуміння їх семантики у функціональному просторі ДНК-білок, яке, принаймні для ферментів, надзвичайно гетерогенно (активний центр, сайти впізнавання, архітектоніка воднево-гідрофобних сил самоорганізації пептидного ланцюга). Багатомовний метаболічний "розмова" між інформаційними биополимерами клітини і їх функціонування як результат обміну знаковими біосигналів припускають два взаємно корельованих рівня цього обміну - речовий і хвильової. Речовий добре вивчений (матричне копіювання ДНК-РНК-білки, взаємодія антиген-антитіло, самосборка клітинних структур), а тісно пов'язаний з ним хвильової рівень практично не вивчений офіційною наукою. І ситуація тут непроста. Електромагнітні та акустичні випромінювання білків, нуклеїнових кислот, мембран і цитоскелету добре відомі. Видається, що цей рівень інформаційних контактів клітинно-тканинного простору виводить метаболічні процеси в польове вимір зі своєю "мовної" специфікою і регуляцією.
Розглянуті біоінформаційні потоки, зчеплені з обміном речовин і енергії, не обмежуються діленням знакових рядів на речовину і поле, але багато разів множаться фрактальність цих рядів. Наприклад, в акустико-електромагнітної компоненті сигнальних функцій ДНК спостерігається фрактальність солітонних поля, формально описуваного рівняннями в рамках явища повернення Фермі-Паста-Улама. Це ще більше ускладнює семантичний аналіз білково-нуклеїнових і інших інформаційних контактів биоструктур. Можна вважати, що в живих клітинах існує ієрархія речовинно-хвильових знакових структур, де умовну градацію "буква (фонема) - морфема - слово - пропозиція ..." задає фрактальність цих структур. І те, що в одному масштабі є "пропозицією", в іншому, більш великому, може бути лише "словом" і т. д. Інша складність пов'язана з поняттям "рамки зчитування". Зрушення на одну літеру (або еквівалентну цього невелика зміна фази, поляризації, частоти фізичних полів в просторі-часу біосистеми) може повністю поміняти сенс тексту, що читається (сприйманого образу), не кажучи вже про те, що самі тексти, наприклад, в одних і тих же послідовності ДНК можуть бути записані різними мовами. Більш того, немає заборони на розуміння "текстів" рідкокристалічних хромосомних ДНК, як читаються в трьох-або n-мірному просторі, коли "букви слів" вибудовуються не лише в одну лінію і в одному вимірі, але "читаються" вздовж і впоперек, вгору і вниз і так далі. У такому процесі по черзі створюється і знищується нескінченний континуум анізотропних "ниток текстів", що йдуть у всіх напрямках динамічного інтерфазного хромосомного континууму всього простору біосистеми. Пропонована логіка неминуча, якщо ми хочемо зрозуміти сутність феномена життя. Сказане не слід розглядати як предтечу перегляду тільки прийнятої моделі триплетного генетичного коду. Вона, ця модель, зручна, але тільки як вихідна позиція, коли дешифрований (неточно і не до кінця) первинний рівень кодонів іРНК, рівень матеріально-матричних геносігналов, складових 1 - 5% від усієї маси геномної ДНК. Залишилася, велика частина ДНК, що існує в розумінні більшості генетиків в якості "сміттєвої", несе, ймовірно, стратегічну інформацію про биосистеме у формі потенційних і дійсних хвильових сигналів солітонів, голографічної та іншої образно-знакової, в тому числі і рече-подібної структури (детально див. вище розділ "Перегляд моделі генетичного коду").
Ймовірно, в прямому зв'язку з усіма розглянутими "аномальними" властивостями геному вищих біосистем варто феномен особливого роду, що вимагає пильної уваги. Це проблема походження життя, і зокрема на Землі. Обговорюється вона давно. Припущень багато. Ми дотримуємося гіпотези панспермії, але не в тому варіанті, що на Землю були занесені якісь суперечки-родоначальники всіх життєвих форм. Ймовірно, процес природної еволюції абиогенно виник "первинного бульйону" з органічних молекул - попередників РНК, ДНК, білків та інших істотних компонентів біосистем був поєднувати з актом введення екзобіологіческой інформації в перші нуклеїнові кислоти, вона була артефактом. І ця інформація була рече-подібною. "На початку було слово ...". І ці слова були фрактальних, умовно починаючи з дуплетно-триплетного коду ДНК-РНК, на перших етапах є найпростішим мовою з чотирьох буквеної абеткою. Далі сталася трансляція в 20-літерну абетку білків і в більш високі мови в дусі обговорювалися ідей. Взагалі гіпотеза артефакту первинного мови ДНК широко обговорюється, починаючи з піонерської роботи В. І. Щербака, який показав штучність (привнесеного ззовні) колективних симетрій генетичного коду, ймовірність еволюційного походження яких близька до нуля. Можна солідаризуватися з такою позицією не тільки з причини її краси і витонченого способу доказів, де в якості реперних одиниць теоретичного аналізу використовуються такі параметри, як нуклони співвідношення в амінокислотах і вирожденність генетичного коду, а й тому, що вона добре відповідає нашому мисленню. Однак, введемо поправку. Оскільки насправді генетичний код, тобто код біосинтезу білків, істотно відрізняється від прийнятого на початку 60-х р. ХХ століття (див. вище), то і концепція артефакту коду також потребує уточнення. Можна передбачити в істинному (фрактальногетеромультиплетном) коді наявність і інших знакових математичних утворень, фрактально збільшених в порівнянні з тими, що відкрив В.І. Щербак.
Розвиваючи цю думку і раніше висунуті нами ідеї, скажімо, що було б наївним спрощенням вважати "мови" і "писемність" ("мова") ДНК повним аналогом вербальних побудов людини. Точніше буде вважати, що функції ДНК засновані насамперед на її метамови, що є граматикою геному. Тут надзвичайно корисний аналіз метамовою А. Соломонік. Математика - теж метамова, він же і звід правил побудови її текстів. На відміну від звичайної мови, в якій фразу з певною думкою можна сконструювати десятками різних способів, у математиці її вербальні (знакові) ряди генеруються за допомогою малої кількості жорстких правил. І вони, правила, дозволяють в автоматичному режимі отримати Предсказательная результат, як у нашому випадку з антеною моделлю, "передбачати" характер резонансних взаємодій фізичних полів з інформаційними біомакромолекул. На цьому прикладі видно, як у кінцевому пункті математичних метамовна (граматично орієнтованих) перетворень виходить результат у формі фізико-математичного образу потенційного поведінки найважливіших компонентів біосистеми в її польовому оточенні і внутрішньої наповненості хвильовими процесами. Хромосоми, можливо, також оперують метамови для створення "ідеальної" (фізико-хіміко-математичної) моделі біосистеми як практично недосяжного прообразу реального організму. І така модель буде більш інформативна в порівнянні, наприклад, з голографічним моделлю, і доповнюватиме останню.
Якщо ДНК, хромосоми організмів Землі дійсно є одночасно донорами і акцепторами не тільки власних хвильових команд, але і якихось зовнішніх (можливо, екзобіологіческіх) регуляторних хвильових впливів, що було показано нами раніше, то новий штучний, створюваний людьми, електромагнітний семіотичний канал входження в ноосферу і генофонд планети Земля вимагає сверхвніманія щодо рівня розумності і доцільності наших, по суті неконтрольованих, супергенетіческіх маніпуляцій. У цьому випадку ми будемо входити в конкуренцію з імовірним екзобіологіческім контролем. Чи корисно це і чи потрібно? Зараз чіткої відповіді немає. Можливо, ми увійшли до біфуркационную вилку вибору стратегії еволюції людства - або йти далі по техногенному шляху, або вчитися мудрості у власного тіла, в якому зосереджена мудрість Творця.
В якості ілюстрації запропонованого нами методу фрактального представлення природних і генетичних текстів наведені матриці щільності для тексту англійською мовою (керівництво з програмування) і "тексту" гена казеїну (Cazein). Цей метод дає принципово іншу можливість кількісного та якісного порівняння природних і генотекстов. Аналогічний результат можна отримати по-іншому, і також новим методом, як це показано на графіках гістограм подібності та розбіжності для фланки і інтронів великої групи генів. Таким же шляхом отримана гістограма порівняння природних текстів для монографії автора "Хвильовий геном" та оповідань Ф. Абрамова [Неопубліковані результати спільних досліджень у співавторстві з М.Ю. Масловим (Математичний інститут РАН)].

 
Матриця густини хаотично-ігрового подання нуклеотидної послідовності (ген) в алфавіті (A, T, G, C), що кодує первинну структуру казеїну (білок молока).
Рис. 11
Матриця густини хаотично-ігрового подання тексту англійською мовою (керівництво з комп'ютерного програмування). Розглядалася структура появи в тексті чотирьох частин мови. Лівий ближній кут відповідає слову "the", правий ближній - слову "in", лівий дальній - "on", правий дальній - "of".
Рис. 12




 
Порівняння фланки з интронами
 
Рис. 13
 
 
Порівняння монографій: Гаряев П.П. Хвильовий геном. М., 1994.
і Абрамов Ф. Були небилиці. Розповіді. М., 1993.

 
Рис. 14

ПРО МОЖЛИВІСТЬ СТВОРЕННЯ біокомп'ютери на ГЕНЕТИЧНИХ СТРУКТУРАХ

У міжнародному комп'ютерному тижневику "Сomputer World" (№ 5 від 3 жовтня 1995 р.) у рубриці "Подробиці" була опублікована добірка статей, присвячена роботам зі створення біокомп'ютера на головній генетичної молекулі - на ДНК. Томас Хоффман у статті "Болотяна електроніка ..." описує перші боязкі спроби використання інформаційних біомакромолекул - деяких білків (бактеріо-родопсин, родопсин) як субстратів запису-зчитування інформації як аналогів оптичної дискової пам'яті. Без сумнівів, це цікаве оригінальне напрямок, проте в даному випадку нічого принципово нового не було запропоновано, оскільки неважливо звідки взято речовина-субстрат запису-зчитування інформації, на якому отримують спектральні випалювання типу двійкового коду або за допомогою лазерів записують тривимірні зображення предметів у формі голограм . Така речовина може мати абіогенне походження або, як у випадку з родопсину, вилучатись з біомембран солончакових бактерій. У зв'язку з цим, враховуючи наші дослідження, було б логічним розглядати молекули ДНК як нерозривну єдність Речовини і Поля також і в аспекті їх участі як основною робочою фігури в штучних біокомп'ютера. Це було б корисно у розвитку обчислювальної техніки і може призвести до повної зміни її елементної бази в ряду: аналоговий-цифровий-"образний" або смисловий комп'ютер на ДНК.
Навесні 1995 р. Леонард М. Адлеман, професор обчислювальних наук з Університету Південної Каліфорнії, описав у журналі "Science" алгоритм використання ДНК для вирішення однієї з версій "задачі комівояжера". Потрібна була лише тиждень для отримання відповіді, у той час як традиційним комп'ютерів знадобилося б кілька років. При цьому було використано фундаментальне явище, властиве молекулам ДНК - здатність до так званих комплементарних взаімоузнаваніям. Це явище полягає в тому, що будь-які фрагменти кожної з двох ланцюжків ДНК знаходять у розчині (або в складі хромосом живої клітини) тільки власні, в деякому сенсі дзеркальні, половинки і утворюють нормальну подвійну спіраль. Успішність і швидкість автоматичних пошуків половинками ДНК один одного як акту самоорганізації (самозбірки) і забезпечили високу швидкість перебору варіантів в межах "завдання комівояжера". Причини швидких і точних взаімоузнаваній половинок ДНК до недавнього часу були невідомі. А це надзвичайно важливо для реального створення ДНК-комп'ютера, і про це мова піде нижче.
Шлях, який вибрав Адлеман, використовуючи ДНК, не те щоб невірна, скоріше, він схожий на спроби зрозуміти, як, наприклад, відбувається процес мислення у Іванова, Петрова чи Сидорова на основі нашого знання про те, що вони люблять смачно поїсти. Правильне і ефективне використання ДНК, як основного інформаційного елемента майбутнього біокомп'ютера, немислимо без розуміння істинних функцій генетичних молекул в біосистемах. Повертаючись до попередніх глав, хромосомний апарат, як система записує, що зберігає, що змінює і транслює інформацію, може розглядатися одночасно на рівнях речовини і досить добре вивчених фізичних полів, якими, як носіями генетичної та общерегуляторной інформації, оперує континуум генетичних молекул (ДНК, РНК) . Континуум цей є основним компонентом сукупності хромосом, що є, по суті, біокомп'ютерів. Рівні речовини і поля, на яких хромосомний біокомп'ютер функціонує, нерозривні і функціонально доповнюють один одного. Тут реалізуються невідомі раніше види пам'яті (солітону, голографічна, фантомний) і при цьому молекули ДНК можуть працювати як біолазери і одночасно як середовище запису лазерного сигналу. Крім того, ми виявили, що ДНК здатна випромінювати широкосмугове надслабких електромагнітне поле, яке нам вдалося посилити в тисячі разів. Втім, ДНК в цьому плані є окремим випадком, оскільки зафіксоване нами явище властиво, ймовірно, всіх речовин [42], але хромосоми використовують цей феномен, мабуть, у вищій мірі ефективно як один з хвильових каналів інформаційних та (або) енергетичних комунікацій. Молекули ДНК, як континуум будь біосистеми, здатні до формування прообразів биоструктур і організму в цілому як "хвильових копій" або "матриць" і порівнянню побудованого організму з ними як з реперами. У цьому плані механізм швидкого і точного взаімоузнаванія ланцюжків (половинок) ДНК, механізм, яким скористався Адлеман для вирішення "задачі комівояжера", - лише один із способів самоорганізації біосистем. Взаімоузнаваніе, зокрема, відбувається тому, що в молекулах ДНК зароджуються особливі надстійкі акустико-електромагнітні хвилі (так звані солітони), деякі різновиди яких можна трактувати в рамках відкритого в 1949р. "Явища повернення Фермі-Паста-Улама" (ФПУ). Такі солітони ДНК володіють двома пов'язаними типами пам'яті - власне пам'яттю, властивої явищу ФПУ-повернення, тобто здатністю пам'ятати початкові моди збуджень і періодично до них "повертатися". Інша пам'ять ДНК-континууму у біосистемах - квазі-голографічна або фрактальна. Вона пов'язана з фундаментальною властивістю біосистем - відновлювати ціле зі своєї частини. Це властивість фудаментально і добре відомо (живцювання рослин, регенерація хвоста у ящірок, регенерація цілого організму з яіцеклеткі). Вища форма такої пам'яті - асоціативна пам'ять кори головного мозку, тобто нейронів. Безперспективно міркувати про ДНК-комп'ютері, навіть вирішивши за допомогою молекул ДНК "завдання комівояжера", якщо не враховувати нову логіку в розумінні знакових, що кодують біофункцій ДНК. Інший бік справи полягає в співвіднесенні цієї логіки з численними дослідженнями з нейрокомпьтерам і спробами розібратися в "комп'ютерної" роботі мозку без розуміння кодують функцій нервового імпульсу.