Рецензия на «Вода» (Владимир Журавков)

Добрый день, Владимир!
Вами поднята очень важная тема.
Поделюсь некоторыми своими соображениями о воде в контексте природы живой материи.

«Жизнь есть одушевленная вода». Этот афоризм Э. Дюбуа-Реймона, говорят, очень нравился В.И. Вернадскому. В самом деле, высшие формы жизни содержат воду в количестве 80 - 85% от общей массы, низшие - 95 -98% и даже более, причем основная ее часть не связана с живым веществом химически. Нет на Земле горной породы, которая обладала бы такой влагоемкостью. И можно ли тогда живое вещество называть живым, если оно состоит главным образом из воды?

О значении воды для жизни, казалось бы, знаем всё. И, тем не менее, когда говорим: «без воды нет жизни», «вода - универсальный биологический растворитель», «внутренняя среда жизни» и т.п., понимаем ли, о какой воде идет речь?

Известны три агрегатных состояния вещества, и это в полной мере относится к воде, - твердое, жидкое и газообразное (плазма в данном случае не в счет). Так вот ни то, ни другое, ни третье не могут претендовать на внутреннюю среду жизни, они абсолютно неприемлемы для нее. Твердое - ввиду того, что его атомы слишком жестко связаны друг с другом и недалеко колеблются около своего центра. Жидкая, а тем более, газообразная фаза, напротив, слишком неустойчива относительно тепловых флуктуаций. В них происходит беспорядочное движение атомов, что исключает саму возможность существования и стабильного функционирования сложных молекулярно-биологических структур. Живое вещество по определению не может быть как жестким, так и свободно текучим, оно должно быть в меру подвижным и лабильным. И, следовательно, только то относительно вязкое состояние воды, к которому применимо слово «консистенция», пригодно для жизни. Но как же достигается это совершенно необходимое для жизни состояние?

А достигается оно очень просто и технически на редкость эффективно с помощью все тех же полимерных микронитей. Оказавшись в водной среде даже в ничтожно малом количестве (сотые доли процента от ее массы), полимерные микронити (они настолько тонки, что отношение длины к поперечным размерам идет у них на сотни тысяч и даже на миллионы, и в силу таких пограничных между макро- и микромиром размеров они находятся еще во власти законов классической физики, но в то же время способны порождать квантовые эффекты) соединяются друг с другом и переплетаются во всех направлениях, собираясь в очень густую и объемную сеть. Жидкая вода при этом удивительным образом преображается. Застряв в ячейках сети, она теряет присущую ей подвижность, лишается текучести и приобретает вдруг (в положительном интервале температур!) непривычные для жидкости свойства твердого тела: жесткость, упругость, пластичность, способность сохранять заданную ей форму и т.д. Иными словами, вода переходит в совершенно иное, по сути дела четвертое агрегатное состояние, среднее между жидким и твердым. Она приобретает благоприятную для жизни консистенцию!

Именно в таком качестве существует ныне цитозоль (он же клеточный матрикс, или гиалоплазма, или внутренняя среда) - основная по массе и объему часть каждой живой клетки. При специальных методах исследования цитозоль (его нетрудно выделить в чистом виде путем последовательного центрифугирования гомогенатов клеток) выглядит как густая трехмерная сеть, которая составлена из тонких (2 - 3 нм) фибрилл, пересекающих цитоплазму в различных направлениях и охватывающих все внутренние образования: микротрубочки, различные вышеупомянутые нитевидные структуры, мембранизированные органеллы и цитоплазматическую мембрану. Ячейки сети заполнены иммобилизованной водой, в местах пересечения ее нитей сосредоточены группы рибосом.

В лабораторной практике, посвященной изучению внутриклеточных биохимических процессов, оперируют, как правило, водными растворами реагентов по традиции, унаследованной от общей химии. Здесь бытуют такие понятия, как концентрация, растворимость, pH и тому подобные параметры, выработанные в свое время применительно к водным растворам. Клеточный транспорт по-прежнему рассматривается как процесс переноса комплекса молекул через водную среду. Но такой воды, которая присутствует в пробирке (где господствуют законы диффузии и беспорядочного теплового движения молекул, где все тяжелое самопроизвольно оседает, а легкое всплывает на поверхность и т.д.) в живой клетке на самом деле нет.

Текстурально (от texo - тку, сплетаю) иммобилизованная внутриклеточная среда по своим физическим свойствам радикально отличается от водных растворов молекулярных соединений, о которых написаны все учебники по биохимии. В ней значительно нарушено соотношение сил в сравнении с тем, что наблюдается в пробирке. В частности, гравитация мало ощутима (и это очень важно для жизни, в противном случае внутриклеточные структуры постоянно осаждались бы из раствора, что накладывало бы существенные и трудно преодолимые ограничения на возможность ее существования и эволюции).

А не происходит так оттого, что все внутриклеточные элементы, субъединицы и агрегаты (даже те их них, которые традиционно считаются водорастворимыми) не плавают свободно в жидкости, как это имеет место в экспериментальных водных растворах полимеров, а преимущественно закреплены на нитях цитоскелета (они буквально застряли в его сетях), что не может не сказаться самым существенным образом не только на их подвижности и положении в пространстве, но и на самих реакционных способностях.

Более того, структурные соединения в клетке не диффундируют свободно к пункту назначения, а принудительно (на поводке, на привязи) доставляются точно по адресу (в нужное время и в нужное место) посредством актин-миозиновой канатной почты. Один конец транспортной нити наращивается в направлении движения груза за счет присоединения все новых единиц (сегментов) белка, другой соответственно укорачивается. И хотя общая длина нити не меняется, она (и все, что на ней закреплено) движется в заданном направлении, как белье на прищепке. Канатные дороги пронизывают вдоль и поперек всю клетку.

Наконец, следует учитывать и то важное обстоятельство, что в цитоплазме очень мало повторностей биологических молекул определенного вида, тогда как все выводы классической химии приобретают смысл и вероятностное значение только на фоне больших чисел.

А коли так, реальная химия клетки весьма далека от той, что излагается в университетских курсах. Это нечто принципиально иное. Это во многом еще не понятая нами химия текстурально иммобилизованных макромолекулярных соединений, несомненно, представляющая одно из специфических (атрибутивных), но не получивших соответствующего их значимости научного понимания, качеств жизни.

Не буду, однако, углубляться в дальнейшие подробности. В контексте рассматриваемой мною проблемы важно понять следующее: цитозоль являет нам архаический образ преджизни, то состояние, которому суждено было стать изначальной внутренней средой жизни. В далеком геологическом прошлом союз воды и нити открыл на Земле новые возможности для дальнейшей самоорганизации материи, он создал определенные и совершенно необходимые предпосылки к биологической эволюции.

Во-первых, осуществилось столь необходимое для грядущей жизни фазовое обособление, индивидуализация и мембранизация материальной предбиологической системы (будь то коацерваты Опарина или протеидные микросферы Фокса) от окружающей среды (обитающая в воде амеба-протей почти на100% состоит из воды, но это уже не вода, а «элементарная ячейка жизни»). Во-вторых, наметилось становление упомянутой внутренней среды. В-третьих, появились присущие жизни зачатки метаболизма и гомеостаза (особенно если в роли нитей выступают полипептидные молекулы). В общем, сложились предпосылки для образования первичной «сомы» (если следовать в расширительном значении несколько забытой терминологии А. Вейсмана). Это, конечно, еще не жизнь и даже не преджизнь. Но это уже благоприятная предбиологическая почва, на которую могли бы упасть некие семена (некая «зародышевая плазма»), чтобы дать жизнь.

В то же время мы приходим на основании изложенного к еще одному парадоксальному заключению общебиологического порядка: физико-механическая идея, заключенная в банальной паутине (которая как-то незаметно заводится во всех углах наших комнат), имеет фундаментальное значение для жизни, включая и само ее происхождение. Живое вещество биосферы, которое совершенно не мыслится без движения, способно существовать и реализовать себя только в тесных, сильно сковывающих его объятиях паутины. Биологическая свобода (если иметь в виду весь комплекс функциональных процессов внутриклеточного метаболизма) может осуществляться только в рамках определенной (текстурально обусловленной и регламентированной) несвободы, динамика - в рамках статики (то есть, нематостатики). Жизнь есть свобода в объятиях паутины!

С уважением,

Альберт Кулик   06.07.2018 09:16   •   Заявить о нарушении