À la fin du printemps 1906, Alexander Gavrilovich Gurvich, dans la trentaine déjà un scientifique bien connu, a été démobilisé de l'armée. Pendant la guerre avec le Japon, il a servi comme médecin dans le régiment arrière stationné à Tchernigov. (C'est là que Gurvich, selon ses propres mots, "fuyant l'oisiveté forcée", a écrit et illustré "Atlas et croquis de l'embryologie des vertébrés", qui a été publié en trois langues au cours des trois années suivantes). Il part maintenant avec sa jeune femme et sa petite fille pour tout l'été à Rostov le Grand - aux parents de sa femme. Il n'a pas de travail et il ne sait toujours pas s'il restera en Russie ou ira à nouveau à l'étranger.
Derrière la faculté de médecine de l'Université de Munich, soutenance de thèse, Strasbourg et l'Université de Berne. Le jeune scientifique russe connaît déjà de nombreux biologistes européens; ses expériences sont très appréciées par Hans Driesch et Wilhelm Roux. Et maintenant - trois mois d'isolement complet du travail scientifique et des contacts avec des collègues.
Cet été, A. G. Gurvich réfléchit sur la question, qu'il a lui-même formulée comme suit: "Qu'est-ce que cela signifie que je me dise biologiste, et que veux-je savoir en fait?" Puis, considérant le processus minutieusement étudié et illustré de la spermatogenèse, il arrive à la conclusion que l'essence de la manifestation des êtres vivants consiste en des connexions entre des événements individuels qui se produisent de manière synchrone. Cela a déterminé son "angle de vue" en biologie.
L'héritage imprimé d'A. G. Gurvich - plus de 150 articles scientifiques. La plupart d'entre eux ont été publiés en allemand, en français et en anglais, propriété d'Alexandre Gavrilovich. Ses travaux ont laissé une marque brillante en embryologie, cytologie, histologie, histophysiologie, biologie générale. Mais peut-être serait-il correct de dire que «la direction principale de son activité créatrice était la philosophie de la biologie» (extrait du livre «Alexander Gavrilovich Gurvich. (1874-1954)». Moscou: Nauka, 1970).
A. G. Gurvich en 1912 a été le premier à introduire le concept de «champ» dans la biologie. Le développement du concept de champ biologique a été le thème principal de son travail et a duré plus d'une décennie. Pendant ce temps, les vues de Gurvich sur la nature du champ biologique ont subi de profonds changements, mais ils ont toujours parlé du champ comme un facteur unique qui détermine la direction et l'ordre des processus biologiques.
Inutile de dire quel triste destin attendait ce concept dans le prochain demi-siècle. Il y a eu beaucoup de spéculations, dont les auteurs ont prétendu avoir compris la nature physique du soi-disant «biofield», quelqu'un s'est immédiatement engagé à soigner les gens. Certains ont évoqué A. G. Gurvich, sans se soucier du tout d'essayer de plonger dans le sens de son travail. La majorité ignorait l'existence de Gurvitch et, heureusement, ne se référait pas, puisque ni au terme «biofield» lui-même, ni à diverses explications de son action par A. G. Gurvich n'a aucune relation. Néanmoins, aujourd'hui, les mots «champ biologique» suscitent un scepticisme non dissimulé parmi les interlocuteurs instruits. L'un des objectifs de cet article est de raconter aux lecteurs la véritable histoire de l'idée du champ biologique en science.
Ce qui déplace les cellules
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A. G. Gurvich n'était pas satisfait de l'état de la biologie théorique au début du XXe siècle. Il n'était pas attiré par les possibilités de la génétique formelle, car il était conscient que le problème de la «transmission de l'hérédité» est fondamentalement différent du problème de la «mise en œuvre» des traits dans le corps.
La tâche principale de la biologie à ce jour est peut-être la recherche d'une réponse à la question «enfantine»: comment d'une boule microscopique d'une seule cellule, les êtres vivants dans toute leur diversité naissent-ils? Pourquoi les cellules en division ne forment-elles pas des colonies grumeleuses informes, mais des structures complexes et parfaites d'organes et de tissus? Dans la mécanique du développement de l'époque, l'approche causale-analytique proposée par W. Ru a été adoptée: le développement de l'embryon est déterminé par une multitude de relations causales rigides. Mais cette approche n'était pas cohérente avec les résultats des expériences de G. Driesch, qui a prouvé que des écarts brusques provoqués expérimentalement ne peuvent pas interférer avec le succès du développement. Dans ce cas, les différentes parties du corps ne sont pas formées à partir des structures normales - mais elles sont formées!De la même manière, dans les propres expériences de Gurvich, même avec une centrifugation intensive des œufs d'amphibiens, qui viole leur structure visible, le développement ultérieur s'est produit de manière équifinale - c'est-à-dire qu'il s'est terminé de la même manière que dans les œufs intacts.
Figure: 1 Chiffres A. G. Gurvich d'après le travail de 1914 - images schématiques de couches cellulaires dans le tube neural d'un embryon de requin. 1 - configuration initiale de la formation (A), configuration ultérieure (B) (ligne en gras - forme observée, pointillé - supposée), 2 - configuration initiale (C) et observée (D), 3 - initiale (E), prédite (F). Les lignes perpendiculaires montrent les grands axes des cellules - "si vous construisez une courbe perpendiculaire aux axes des cellules à un moment donné de développement, vous pouvez voir qu'elle coïncidera avec le contour d'un stade ultérieur de développement de cette zone"
A. G. Gurvich a mené une étude statistique des mitoses (divisions cellulaires) dans des parties symétriques de l'embryon en développement ou des organes individuels et a étayé le concept de «facteur de normalisation», à partir duquel le concept de champ s'est ensuite développé. Gurvich a établi qu'un seul facteur contrôle l'image globale de la distribution des mitoses dans certaines parties de l'embryon, sans en aucun cas déterminer l'heure et l'emplacement exacts de chacune d'elles. Sans aucun doute, la prémisse de la théorie des champs était contenue même dans la fameuse formule de Driesch «le sort potentiel d'un élément est déterminé par sa position dans son ensemble». La combinaison de cette idée avec le principe de normalisation conduit Gurvich à une compréhension de l'ordre dans le vivant comme la «subordination» des éléments à un tout unique - par opposition à leur «interaction». Dans son ouvrage «L'hérédité comme processus de mise en œuvre» (1912), il développe d'abord le concept de champ embryonnaire - morph. En fait, il s'agissait d'une proposition pour briser le cercle vicieux: pour expliquer l'émergence d'une hétérogénéité parmi des éléments initialement homogènes en fonction de la position de l'élément dans les coordonnées spatiales de l'ensemble.
Après cela, Gurvich a commencé à chercher la formulation de la loi décrivant le mouvement des cellules dans le processus de morphogenèse. Il a découvert que pendant le développement du cerveau chez les embryons de requin, «les longs axes des cellules de la couche interne de l'épithélium neural étaient orientés à un moment donné non pas perpendiculairement à la surface de la formation, mais à un certain angle (15-20 ') par rapport à celle-ci. L'orientation des angles est naturelle: si vous construisez une courbe perpendiculaire aux axes des cellules à un moment donné de développement, vous pouvez voir qu'elle coïncidera avec le contour d'une étape ultérieure dans le développement de cette zone »(Fig. 1). Il semble que les cellules «savent» où se pencher, où s'étirer pour construire la forme désirée.
Pour expliquer ces observations, A. G. Gurvich a introduit le concept d'une «surface de force» qui coïncide avec le contour de la surface finale du rudiment et guide le mouvement des cellules. Cependant, Gurvich lui-même était conscient de l'imperfection de cette hypothèse. En plus de la complexité de la forme mathématique, il n'était pas satisfait de la «téléologie» du concept (elle semblait subordonner le mouvement des cellules à une forme future inexistante). Dans les travaux ultérieurs «Sur le concept de champs embryonnaires» (1922) «la configuration finale du rudiment n'est pas considérée comme une surface de force attractive, mais comme la surface équipotentielle du champ émanant de sources ponctuelles». Dans le même travail, le concept de «champ morphogénétique» a été introduit pour la première fois.
Ultraviolet biogène
"Les fondements et les racines du problème de la mitogenèse ont été posés dans mon intérêt sans fin pour le phénomène miraculeux de la caryocinèse (c'est ainsi que la mitose a été rappelée au milieu du siècle dernier. - Note de l'éditeur)", a écrit A. G. Gurvich en 1941 dans ses notes autobiographiques. «Mitogenèse» - un terme de travail qui est né dans le laboratoire de Gurvich et qui est rapidement devenu un usage général, équivaut au concept de «rayonnement mitogénétique» - un rayonnement ultraviolet très faible des tissus animaux et végétaux, stimulant le processus de division cellulaire (mitose).
A. G. Gurvich est arrivé à la conclusion qu'il est nécessaire de considérer les mitoses dans un objet vivant non pas comme des événements isolés, mais dans l'ensemble, comme quelque chose de coordonné - qu'il s'agisse de mitoses strictement organisées des premières phases du clivage de l'ovocyte ou de mitoses apparemment aléatoires dans les tissus d'un animal ou d'une plante adulte. Gurvich pensait que seule la reconnaissance de l'intégrité de l'organisme permettrait de combiner les processus des niveaux moléculaire et cellulaire avec les caractéristiques topographiques de la distribution des mitoses.
Depuis le début des années 1920, A. G. Gurvich a examiné diverses possibilités d'influences externes stimulant la mitose. Dans son champ de vision se trouvait le concept d'hormones végétales, développé à cette époque par le botaniste allemand G. Haberlandt. (Il a mis une bouillie de cellules écrasées sur le tissu végétal et a observé comment les cellules tissulaires commencent à se diviser plus activement.) Mais il n'était pas clair pourquoi le signal chimique n'affecte pas toutes les cellules de la même manière, pourquoi, disons, les petites cellules se divisent plus souvent que les grandes. Gurvich a suggéré que tout le point est dans la structure de la surface cellulaire: peut-être, dans les cellules jeunes, les éléments de surface sont organisés d'une manière spéciale, favorable à la perception des signaux, et à mesure que la cellule se développe, cette organisation est perturbée. (Bien sûr, il n'y avait toujours pas de concept de récepteurs hormonaux.)
Cependant, si cette hypothèse est vraie et que la distribution spatiale de certains éléments est importante pour la perception du signal, l'hypothèse elle-même suggère que le signal peut ne pas être de nature chimique, mais physique: par exemple, le rayonnement affectant certaines structures de la surface cellulaire est résonnant. Ces considérations ont finalement été confirmées dans une expérience qui est devenue plus tard largement connue.
Figure: 2 Induction de la mitose à l'extrémité de la racine d'oignon (tirage de l'ouvrage "Das Problem der Zellteilung physiologisch betrachtet", Berlin, 1926). Explications dans le texte.
Voici une description de cette expérience, qui a été réalisée en 1923 à l'Université de Crimée. «La racine émettrice (inducteur), reliée à l'ampoule, a été renforcée horizontalement, et son extrémité a été dirigée vers la zone du méristème (c'est-à-dire vers la zone de prolifération cellulaire, dans ce cas également située près de l'extrémité de la racine. - Note de l'éditeur) de la deuxième racine similaire (détecteur) fixé verticalement. La distance entre les racines était de 2 à 3 mm »(Fig. 2). À la fin de l'exposition, la racine percevante a été précisément marquée, fixée et découpée en une série de sections longitudinales parallèles au plan médial. Les coupes ont été examinées au microscope et le nombre de mitoses a été compté du côté irradié et du côté témoin.
A cette époque, on savait déjà que l'écart entre le nombre de mitoses (généralement 1000-2000) dans les deux moitiés de l'extrémité de la racine ne dépasse normalement pas 3-5%. Ainsi, «une prépondérance significative, systématique, nettement limitée du nombre de mitoses» dans la zone centrale de la racine percevante - et c'est ce que les chercheurs ont vu sur les coupes - témoigne incontestablement de l'influence d'un facteur extérieur. Quelque chose émanant de la pointe de la racine de l'inducteur a forcé les cellules de la racine du détecteur à se diviser plus activement (Fig. 3).
Des recherches plus poussées ont clairement montré qu'il s'agissait de radiations et non de produits chimiques volatils. L'impact s'est propagé sous la forme d'un faisceau parallèle étroit - dès que la racine inductrice a été légèrement déviée sur le côté, l'effet a disparu. Il a également disparu lorsqu'une plaque de verre était placée entre les racines. Mais si la plaque était en quartz, l'effet persistait! Cela suggérait que le rayonnement était ultraviolet. Plus tard, ses limites spectrales ont été définies plus précisément - 190-330 nm, et l'intensité moyenne a été estimée à 300-1000 photons / s par centimètre carré. En d'autres termes, le rayonnement mitogénétique découvert par Gurvich était moyen et proche de l'ultraviolet d'intensité extrêmement faible. (Selon les données modernes, l'intensité est encore plus faible - elle est de l'ordre de dizaines de photons / s par centimètre carré.)
Figure: 3 Représentation graphique des effets de quatre expériences. La direction positive (au-dessus de l'axe des abscisses) signifie la prédominance de la mitose du côté irradié.
Une question naturelle: qu'en est-il de l'ultraviolet du spectre solaire, affecte-t-il la division cellulaire? Dans les expériences, un tel effet a été exclu: dans le livre de A. G. Gurvich et L. D. Gurvich "Rayonnement mitogénétique" (M., Medgiz, 1945), dans la section des directives, il est clairement indiqué que les fenêtres pendant les expériences doivent être fermées, il ne doit y avoir aucun feu ouvert et des sources d'étincelles électriques dans les laboratoires. De plus, les expériences étaient nécessairement accompagnées de témoins. Cependant, il convient de noter que l'intensité des UV solaires est beaucoup plus élevée, par conséquent, son effet sur les objets vivants dans la nature devrait très probablement être complètement différent.
Les travaux sur ce sujet sont devenus encore plus intensifs après la transition d'A. G. Gurvich en 1925 à l'Université de Moscou - il a été élu à l'unanimité chef du Département d'histologie et d'embryologie de la Faculté de médecine. Un rayonnement mitogénétique a été trouvé dans des cellules de levure et bactériennes, des œufs de clivage d'oursins et d'amphibiens, des cultures de tissus, des cellules de tumeurs malignes, des systèmes nerveux (y compris des axones isolés) et musculaires, et le sang d'organismes sains. Comme on peut le voir sur la liste, des tissus non fissiles ont également émis - rappelons-nous ce fait.
Les troubles du développement des larves d'oursin conservées dans des récipients en quartz scellés sous l'influence d'un rayonnement mitogénétique prolongé des cultures bactériennes dans les années 30 du XX siècle ont été étudiés par J. et M. Magra à l'Institut Pasteur. (Aujourd'hui, des études similaires sur des embryons de poissons et d'amphibiens sont menées à la Faculté de biologie de l'Université d'État de Moscou par A. B.
Autre question importante posée par les chercheurs de ces mêmes années: jusqu'où l'action du rayonnement se propage-t-elle dans les tissus vivants? Le lecteur se souviendra qu'un effet local a été observé dans l'expérience avec les racines d'oignon. Y a-t-il, à côté de lui, une action à longue portée? Pour établir cela, des expériences modèles ont été menées: avec une irradiation locale de longs tubes remplis de solutions de glucose, de peptone, d'acides nucléiques et d'autres biomolécules, le rayonnement s'est propagé à travers le tube. La vitesse de propagation du rayonnement dit secondaire était d'environ 30 m / s, ce qui confirmait l'hypothèse sur la nature radiative-chimique du processus. (En termes modernes, les biomolécules, absorbant les photons UV, ont fluorescent, émettant un photon avec une longueur d'onde plus longue. Les photons, à leur tour, ont donné lieu à des transformations chimiques ultérieures.) En effet,dans certaines expériences, la propagation du rayonnement a été observée sur toute la longueur d'un objet biologique (par exemple, dans les longues racines du même arc).
Gurvich et ses collègues ont également montré que le rayonnement ultraviolet hautement atténué d'une source physique favorise également la division cellulaire dans les racines d'oignon, tout comme un inducteur biologique.
Les photons conduisent
D'où vient le rayonnement UV dans une cellule vivante? A. G. Gurvich et ses collègues ont enregistré les spectres des réactions redox enzymatiques et inorganiques simples dans leurs expériences. Pendant un certain temps, la question des sources de rayonnement mitogénétique est restée ouverte. Mais en 1933, après la publication de l'hypothèse du photochimiste V. Frankenburger, la situation avec l'origine des photons intracellulaires est devenue claire. Frankenburger pensait que la source de l'apparition de quanta ultraviolets à haute énergie était les rares actes de recombinaison de radicaux libres qui se produisent au cours des processus chimiques et biochimiques et, en raison de leur rareté, n'affectaient pas l'équilibre énergétique global des réactions.
L'énergie libérée lors de la recombinaison des radicaux est absorbée par les molécules du substrat et émise avec un spectre caractéristique de ces molécules. Ce schéma a été affiné par N. N. Semyonov (futur lauréat du prix Nobel) et sous cette forme a été inclus dans tous les articles et monographies ultérieurs sur la mitogenèse. L'étude moderne de la chimioluminescence des systèmes vivants a confirmé l'exactitude de ces vues, qui sont généralement acceptées aujourd'hui. Voici juste un exemple: les études sur les protéines fluorescentes.
Bien sûr, diverses liaisons chimiques sont absorbées dans la protéine, y compris les liaisons peptidiques - dans l'ultraviolet moyen (le plus intensément - 190-220 nm). Mais les acides aminés aromatiques, en particulier le tryptophane, sont pertinents pour les études de fluorescence. Il a un maximum d'absorption à 280 nm, la phénylalanine à 254 nm et la tyrosine à 274 nm. Absorbant les quanta ultraviolets, ces acides aminés les émettent ensuite sous forme de rayonnement secondaire - naturellement, avec une longueur d'onde plus longue, avec un spectre caractéristique d'un état donné de la protéine. De plus, si au moins un résidu tryptophane est présent dans la protéine, alors seulement il fluorescera - l'énergie absorbée par les résidus de tyrosine et de phénylalanine lui est redistribuée. Le spectre de fluorescence d'un résidu tryptophane dépend fortement de l'environnement - si le résidu est, par exemple, près de la surface du globule ou à l'intérieur, etc.et ce spectre varie dans la bande 310-340 nm.
A. G. Gurvich et ses collègues ont montré dans des expériences modèles sur la synthèse peptidique que les processus en chaîne impliquant des photons peuvent conduire à un clivage (photodissociation) ou à une synthèse (photosynthèse). Les réactions de photodissociation sont accompagnées de rayonnement, tandis que les processus de photosynthèse n'émettent pas.
Maintenant, il est devenu clair pourquoi toutes les cellules émettent, mais pendant la mitose - particulièrement fortement. Le processus de mitose est énergivore. De plus, si dans une cellule en croissance l'accumulation et la dépense d'énergie vont en parallèle avec des processus d'assimilation, alors pendant la mitose l'énergie stockée par la cellule dans l'interphase n'est que consommée. La désintégration de structures intracellulaires complexes (par exemple, la coquille du noyau) et la création réversible consommatrice d'énergie de nouvelles - par exemple, les super-bobines de chromatine, ont lieu.
A. G. Gurvich et ses collègues ont également mené des travaux sur l'enregistrement du rayonnement mitogénétique à l'aide de compteurs de photons. Outre le laboratoire Gurvich de l'IEM de Leningrad, ces études sont également à Leningrad, au Phystech sous A. F. Ioffe, dirigé par G. M. Frank, avec les physiciens Yu. B. Khariton et S. F. Rodionov.
En Occident, des spécialistes éminents tels que B. Raevsky et R. Oduber étaient engagés dans l'enregistrement du rayonnement mitogénétique à l'aide de tubes photomultiplicateurs. Rappelons également G. Barth, élève du célèbre physicien W. Gerlach (fondateur de l'analyse spectrale quantitative). Bart a travaillé pendant deux ans dans le laboratoire de A. G. Gurvich et a poursuivi ses recherches en Allemagne. Il a obtenu des résultats positifs fiables en travaillant avec des sources biologiques et chimiques, et a en outre apporté une contribution importante à la méthodologie de détection des rayonnements ultra-faibles. Barth a effectué un étalonnage préliminaire de la sensibilité et la sélection de photomultiplicateurs. Aujourd'hui, cette procédure est obligatoire et courante pour toute personne impliquée dans la mesure de faibles flux lumineux. Cependant, c'est précisément la négligence de cette condition et de certaines autres exigences nécessaires qui a empêché un certain nombre de chercheurs d'avant-guerre d'obtenir des résultats convaincants.
Aujourd'hui, des données impressionnantes sur l'enregistrement du rayonnement super faible provenant de sources biologiques ont été obtenues à l'Institut international de biophysique (Allemagne) sous la direction de F. Popp. Cependant, certains de ses adversaires sont sceptiques sur ces œuvres. Ils ont tendance à croire que les biophotons sont des sous-produits métaboliques, une sorte de bruit léger qui n'a aucune signification biologique. «L'émission de lumière est un phénomène tout à fait naturel et évident qui accompagne de nombreuses réactions chimiques», souligne le physicien Rainer Ulbrich de l'Université de Göttingen. Le biologiste Gunther Rothe évalue la situation de la manière suivante: «Les biophotons existent sans aucun doute - aujourd'hui, cela est confirmé sans ambiguïté par des dispositifs très sensibles à la disposition de la physique moderne. Quant à l'interprétation de Popp (nous parlons deque les chromosomes émettent des photons cohérents. - Remarque. Ed.), Alors c'est une belle hypothèse, mais la confirmation expérimentale proposée est encore complètement insuffisante pour reconnaître sa validité. D'autre part, il faut tenir compte du fait qu'il est très difficile d'obtenir des preuves dans ce cas, car, d'une part, l'intensité de ce rayonnement photonique est très faible, et d'autre part, les méthodes classiques de détection de la lumière laser utilisées en physique sont ici difficiles à appliquer.et deuxièmement, les méthodes classiques de détection de la lumière laser utilisées en physique sont difficiles à appliquer ici ».et deuxièmement, les méthodes classiques de détection de la lumière laser utilisées en physique sont difficiles à appliquer ici ».
Déséquilibre contrôlé
Phénomènes de régulation du protoplasme A. G. Gurvich a commencé à spéculer après ses premières expériences de centrifugation d'œufs fécondés d'amphibiens et d'échinodermes. Près de 30 ans plus tard, lors de la compréhension des résultats des expériences mitogénétiques, ce sujet a reçu un nouvel élan. Gurvich est convaincu que l'analyse structurale d'un substrat matériel (un ensemble de biomolécules) qui réagit aux influences extérieures, quel que soit son état fonctionnel, n'a pas de sens. A. G. Gurvich formule la théorie physiologique du protoplasme. Son essence est que les systèmes vivants ont un appareil moléculaire spécifique pour le stockage de l'énergie, qui est fondamentalement sans équilibre. Dans une forme généralisée, il s'agit d'une fixation de l'idée qu'un afflux d'énergie est nécessaire au corps non seulement pour la croissance ou l'exécution du travail, mais principalement pour maintenir cet état,que nous appelons vivants.
Les chercheurs ont attiré l'attention sur le fait qu'un sursaut de rayonnement mitogénétique était nécessairement observé lorsque le flux d'énergie était limité, ce qui maintenait un certain niveau de métabolisme du système vivant. (Par "limiter le flux d'énergie", il faut comprendre une diminution de l'activité des systèmes enzymatiques, la suppression de divers processus de transport transmembranaire, une diminution du niveau de synthèse et de consommation de composés à haute énergie - c'est-à-dire tout processus qui fournit de l'énergie à la cellule - par exemple, lors du refroidissement réversible d'un objet ou sous une anesthésie légère.) Gurvich a formulé le concept de formations moléculaires extrêmement labiles avec un potentiel énergétique accru, de nature non équilibrée et unies par une fonction commune. Il les a appelées constellations moléculaires hors équilibre (NMC).
A. G. Gurvich pensait que c'était la désintégration du NMC, la perturbation de l'organisation du protoplasme, qui avait provoqué une explosion de rayonnement. Ici, il a beaucoup en commun avec les idées de A. Szent-Györgyi sur la migration de l'énergie le long des niveaux énergétiques généraux des complexes protéiques. Des idées similaires pour justifier la nature du rayonnement "biophotonique" sont maintenant exprimées par F. Popp - il appelle les régions d'excitation migrantes "polaritons". Du point de vue de la physique, il n'y a rien d'inhabituel ici. (Laquelle des structures intracellulaires actuellement connues pourrait convenir au rôle de NMC dans la théorie de Gurvitch - cet exercice intellectuel sera laissé au lecteur.)
Il a également été démontré expérimentalement que le rayonnement se produit également lorsqu'un substrat est influencé mécaniquement - lors de la centrifugation ou de l'application d'une faible tension. Cela a permis de dire que les NMC possèdent également un ordre spatial perturbé à la fois par l'influence mécanique et par la limitation du flux d'énergie.
À première vue, il est à noter que les NMC, dont l'existence dépend de l'afflux d'énergie, sont très similaires aux structures dissipatives apparaissant dans des systèmes thermodynamiquement sans équilibre, qui ont été découvertes par le lauréat du prix Nobel I. R. Prigogine. Cependant, quiconque a étudié de telles structures (par exemple, la réaction Belousov - Zhabotinsky) sait très bien qu'elles ne sont pas reproduites absolument exactement d'expérience en expérience, bien que leur caractère général soit préservé. De plus, ils sont extrêmement sensibles au moindre changement des paramètres d'une réaction chimique et des conditions extérieures. Tout cela signifie que, puisque les objets vivants sont également des formations hors équilibre, ils ne peuvent pas maintenir la stabilité dynamique unique de leur organisation uniquement en raison du flux d'énergie. Un seul facteur de commande du système est également requis. Ce facteur A. G. Gurvich l'a appelé un champ biologique.
Gurvich a relié la source du champ avec le centre de la cellule, plus tard avec le noyau, et dans la version finale de la théorie avec les chromosomes. À son avis, le champ est né lors des transformations (synthèse) de la chromatine, et la région de la chromatine pourrait devenir la source du champ ne se trouvant que dans le champ de la région voisine, qui était déjà dans cet état. Le champ de l'objet dans son ensemble, selon les idées ultérieures de Gurvich, existait comme la somme des champs de cellules.
Dans un bref résumé, la version finale de la théorie du champ biologique (cellulaire) ressemble à ceci. Le champ a un caractère vectoriel, pas une force. (Rappelez-vous: un champ de force est une région de l'espace, à chaque point de laquelle une certaine force agit sur un objet de test placé dedans; par exemple, un champ électromagnétique. Un champ vectoriel est une région de l'espace, à chaque point de laquelle un certain vecteur est donné, par exemple, les vecteurs de vitesse des particules dans un fluide en mouvement.) Les molécules qui sont dans un état excité et ont donc un excès d'énergie tombent sous l'action du champ vectoriel. Ils acquièrent une nouvelle orientation, se déforment ou se déplacent dans le champ non pas en raison de son énergie (c'est-à-dire pas de la même manière que cela se produit avec une particule chargée dans un champ électromagnétique), mais en dépensant leur propre énergie potentielle. Une partie importante de cette énergie est convertie en énergie cinétique; lorsque l'énergie excédentaire est dépensée et que la molécule revient à un état non excité, l'effet du champ sur elle s'arrête. En conséquence, un ordre spatio-temporel se forme dans le champ cellulaire - des NMC sont formés, caractérisés par un potentiel d'énergie accru.
Sous une forme simplifiée, la comparaison suivante peut clarifier cela. Si les molécules en mouvement dans la cellule sont des voitures et que leur excès d'énergie est de l'essence, alors le champ biologique forme le relief du terrain sur lequel roulent les voitures. Obéissant au "relief", des molécules ayant des caractéristiques énergétiques similaires forment NMC. Comme déjà mentionné, elles sont unies non seulement énergétiquement, mais aussi par une fonction commune, et existent, d'une part, en raison du flux d'énergie (les voitures ne peuvent pas se passer d'essence), et d'autre part, en raison de l'action de commande du champ biologique (tout-terrain) la voiture ne passera pas). Les molécules individuelles entrent et sortent constamment du NMC, mais l'ensemble du NMC reste stable jusqu'à ce que la valeur du flux d'énergie qui l'alimente change. Avec une diminution de sa valeur, le NMC se décompose et l'énergie qui y est stockée est libérée.
Imaginons maintenant que dans une certaine zone de tissu vivant, l'afflux d'énergie ait diminué: la désintégration de la NMC est devenue plus intense, donc l'intensité du rayonnement a augmenté, celui-là même qui contrôle la mitose. Bien sûr, le rayonnement mitogénétique est étroitement lié au domaine - bien qu'il n'en fasse pas partie! Comme on s'en souvient, lors de la désintégration (dissimilation) un excès d'énergie est émis, qui n'est pas mobilisé dans le NMC et n'est pas impliqué dans les processus de synthèse; précisément parce que dans la plupart des cellules, les processus d'assimilation et de dissimilation se produisent simultanément, bien que dans des proportions différentes, les cellules ont un régime mitogénétique caractéristique. Il en va de même pour les flux d'énergie: le champ n'affecte pas directement leur intensité, mais, formant un «relief» spatial, peut effectivement réguler leur direction et leur distribution.
A. G. Gurvich a travaillé sur la version finale de la théorie des champs pendant les années de guerre difficiles. "Théorie du champ biologique" a été publié en 1944 (Moscou: Science soviétique) et dans l'édition suivante en français - en 1947. La théorie des champs biologiques cellulaires a provoqué des critiques et des malentendus même parmi les partisans du concept précédent. Leur principal reproche était que Gurvich aurait abandonné l'idée du tout et revenait au principe de l'interaction des éléments individuels (c'est-à-dire les champs des cellules individuelles), qu'il rejetait lui-même. Dans l'article "Le concept du" tout "à la lumière de la théorie du champ cellulaire" (Collection "Ouvrages sur la mitogenèse et la théorie des champs biologiques." M.: Maison d'édition de l'AMN, 1947) A. G. Gurvich montre que ce n'est pas le cas. Étant donné que les champs générés par les cellules individuelles dépassent leurs limites,et les vecteurs de champ sont additionnés en tout point de l'espace selon les règles d'addition géométrique, le nouveau concept justifie le concept de champ «réel». Il s'agit en fait d'un champ intégral dynamique de toutes les cellules d'un organe (ou organisme), qui évolue avec le temps et possède les propriétés d'un tout.
Depuis 1948, A. G. Gurvich est obligé de se concentrer principalement dans la sphère théorique. Après la session d'août du VASKhNIL, il n'a pas vu l'opportunité de continuer à travailler à l'Institut de médecine expérimentale de l'Académie russe des sciences médicales (dont il était le directeur depuis la création de l'institut en 1945) et, début septembre, il a demandé sa retraite au Présidium de l'Académie. Au cours des dernières années de sa vie, il a écrit de nombreux ouvrages sur divers aspects de la théorie biologique des champs, de la biologie théorique et de la méthodologie de la recherche biologique. Gurvich considérait ces travaux comme les chapitres d'un seul livre, publié en 1991 sous le titre «Principes de biologie analytique et théorie des champs cellulaires» (Moscou: Nauka).
Empathie sans compréhension
Les travaux de A. G. Gurvich sur la mitogenèse avant la Seconde Guerre mondiale était très populaire dans notre pays et à l'étranger. Dans le laboratoire de Gurvich, les processus de carcinogenèse ont été activement étudiés, en particulier, il a été montré que le sang de patients cancéreux, contrairement au sang de personnes en bonne santé, n'est pas une source de rayonnement mitogénétique. En 1940, A. G. Gurvich a reçu le prix d'État pour ses travaux sur l'étude mitogénétique du problème du cancer. Les concepts de «terrain» de Gurvich n'ont jamais joui d'une grande popularité, bien qu'ils suscitaient invariablement un vif intérêt. Mais cet intérêt pour ses travaux et ses rapports est souvent resté superficiel. A. A. Lyubishchev, qui s'est toujours appelé un étudiant de A. G. Gurvich, a décrit cette attitude comme «sympathie sans compréhension».
À notre époque, la sympathie a été remplacée par l'hostilité. Une contribution significative à discréditer les idées d'A. G. Gurvich a été présenté par certains adeptes potentiels, qui ont interprété les pensées du scientifique «selon leur propre compréhension». Mais l'essentiel n'est même pas cela. Les idées de Gurvich se sont avérées être en dehors du chemin emprunté par la biologie «orthodoxe». Après la découverte de la double hélice, des perspectives nouvelles et attractives sont apparues devant les chercheurs. La chaîne «gène - protéine - signe» séduit par son caractère concret, semblant facilité à obtenir un résultat. Naturellement, la biologie moléculaire, la génétique moléculaire, la biochimie sont devenues courantes, et les processus de contrôle non génétiques et non enzymatiques dans les systèmes vivants ont été progressivement poussés à la périphérie de la science, et leur étude même a commencé à être considérée comme une occupation douteuse et frivole.
Pour les branches physico-chimiques et moléculaires modernes de la biologie, la compréhension de l'intégrité est étrangère, ce que A. G. Gurvich le considérait comme une propriété fondamentale des êtres vivants. D'un autre côté, le démembrement équivaut pratiquement à l'acquisition de nouvelles connaissances. La préférence est donnée à la recherche sur le côté chimique des phénomènes. Dans l'étude de la chromatine, l'accent est mis sur la structure primaire de l'ADN et ils préfèrent y voir principalement un gène. Si le déséquilibre des processus biologiques est formellement reconnu, personne ne lui attribue un rôle important: l'écrasante majorité des travaux visent à distinguer entre «noir» et «blanc», la présence ou l'absence de protéine, l'activité ou l'inactivité d'un gène. (Ce n'est pas pour rien que la thermodynamique parmi les étudiants des universités biologiques est l'une des branches de la physique les plus mal aimées et les moins perçues.) Qu'avons-nous perdu dans un demi-siècle après Gurvich,quelle est l'ampleur des pertes - l'avenir de la science dira la réponse.
Probablement, la biologie n'a pas encore assimilé les idées sur l'intégrité fondamentale et le déséquilibre des êtres vivants, sur un principe d'ordre unique qui assure cette intégrité. Et peut-être que les idées de Gurvich sont encore en avance et que leur histoire ne fait que commencer.
O. G. Gavrish, candidat aux sciences biologiques
"Chimie et vie - XXIe siècle"
