Кибержизнь. Контуры медицины будущего

Очарованный простотой и ясностью этой мысли я обрадовался тому, что доступным для понимания языком, минимально употребляя уравнения в тексте, мне будет намного проще написать книгу.

Только сейчас, завершая работу, я с улыбкой вспоминаю тот момент наивного заблуждения. Все оказалось совсем наоборот: изложить сложнейшие логические, научные и философские принципы в доступной форме, при этом часто объединяя в один котел биологию, медицину, биохимию, физику и математику, оказалось крайне сложной задачей, отнимающей большую часть времени работы над текстом. Но, надеюсь, мне все же удалось с этим справиться. В любом случае, я сделал для обеспечения доступности целостного понимания читателем предложенных мною здесь новых взглядов, все что мог и даже больше. Поэтому, уважаемые коллеги, не судите меня слишком строго, если я где-то переборщил с упрощением.

Я сделал это с той лишь целью, чтобы дать общую, понятную картину термодинамической биологии в более простой для восприятия и доступной для понимания форме. Чтобы меня смог понять не только узкий специалист, а просто интересующийся и эрудированный человек. Кто знает, какие нынешние школьники и студенты, прочитав этот труд, встанут вместе с нами на научный путь познания основ жизни и искусства управления живой материей?! Какие большие ученые, неутомимые исследователи, а возможно и великие первооткрыватели науки вырастут потом из этих ребят?!

Последние несколько столетий наука шла по пути развития от холистических взглядов, которые были научно-практическими и философскими одновременно. Наука претерпевала некоторые поэтапные разветвления. Первое, и самое глобальное разделение произошло на заре формирования древа науки и дало три основных ствола: ствол познания мира материального (классическая физика, химия и математика как средство описания), ствол познания мира материального-живого (биология) и ствол познания мира мыслей и идей (философия, психология). Это древнее разделение не давало, с одной стороны, поставить разум в одну логическую цепочку вместе со всеми остальными атрибутами живого вещества, а, с другой стороны, не давало и само живое вещество поставить в стройный ряд уровней организации материи в принципе (от атома до живого разумного организма).

Дальше ствол познания мира мыслей и идей начал дробиться на дополнительные ветви: философия, социология, экономика, нейролингвистика, психология и прочее. Также и стволы познания материального и материального-живого мира дробились и претерпевали дивергенции не в меньшей, а даже в большей степени. В итоге мы имеем объемное древо науки, на сегодняшний день разделенное на три ствола. Один из них занимается изысканиями, связанными с корой головного мозга, исследуя феномен разума и его категорий и чувствуя при этом свою отделенность от естественнонаучных направлений. С другой стороны, мы имеем еще более дискретное и разветвленное древо науки двух других стволов, ветви которых чувствуют себя отделенными как друг от друга, так и от первого направления в еще большей степени.

Степень дивергенции и дискретности в науке достигла таких ошеломляющих масштабов, что, например, в системной биологии специалисты, занимающиеся геномикой, не могут ступить и шага в метаболомике или протеомике, хотя это на самом деле близкородственные, но чрезвычайно дискретные области одной науки. Что уж говорить о медицине, где врач-отоларинголог даже помыслить не может об эндокринологических подходах, а эндокринолог с трудом воспринимает то, чем занимается вертеброневролог, хотя все эти специалисты работают, казалось бы, в соседних анатомических областях!

Да, нынче в науке появился и стал очень популярен системный подход (особенно в биологии), основным постулатом которого является системный эффект или свойство эмерджентности систем, которое объясняется так: совокупность составных частей не равняется целой системе (набор клеток – это еще не организм). Однако, можно сказать, что в наше время ученые-специалисты знают очень многое, но в очень узких областях, то есть фактически не знают ничего о целом. Здесь подходит изречение поэта эпохи германского просвещения XVIII века Кристофа Мартина Вилланда: «За деревьями не видеть леса». То есть, за деталями не видеть главного…

Эту метафору можно воспринять и буквально, ведь она очень емко характеризует современное состояние науки. Если взять в качестве классического примера такой дивергенции изучение леса как биоценоза (единого большого организма) с законами и принципами его функционирования, то мы увидим, что большинство ученых изучают разные составные части леса: деревья, микроорганизмы, мох, грибы, птицы и грызуны, насекомые и так далее, то есть изучают отдельные элементы леса. Но стоит их попросить описать четкие принципы функционирования леса как единого целого, тот тут же мы увидим всю скудность нашего понимания леса, как большого единого организма.

В связи с давно назревшей необходимостью начать обобщение в нашем осознании гигантского древа науки как единого целого, не подверженного ни в какой степени разделению на составные части, становится очевидной главная цель этой книги – применить разум так, чтобы были созданы теории, ментальные инструменты и принципы, позволяющие осуществлять так необходимую в наше время конвергенцию наук.

Конвергенция (объединение) наук – это общепринятый современный термин, который с удовольствием применяют большие ученые, и данная книга в полной мере обладает этим свойством – конвергентностью.

Я надеюсь на то, что эта рукопись действительно способна дать понимание сути физических процессов, происходящих в живом организме. Впервые в руках ученых появляется инструмент в виде четко структурированных теорий, который дает нам власть над живым веществом. Идя по этой дороге, мы получим эту власть на том уровне, на котором захотим. И поэтому, применяя эти скрытые доселе знания, мы должны понимать и ту громадную ответственность, которую они предполагают уже одним своим наличием. Мне удалось увидеть лес хотя бы одним глазком, и он все четче вырисовывается! Это увлекательнейшая практика мысленных экспериментов.

Но я также отчетливо понимаю, что такие вещи достаточно тяжелы и сложны для восприятия учеными, которые привыкли работать в своей дискретной области. Мне удалось сложить четкую и последовательную систему, которая поможет специалистам из разных областей увидеть картину в целом. Здесь нет ничего случайного. Это удалось сделать впервые, и для простоты понимания здесь дается первая ступень, и есть большое желание пойти дальше. Читайте эту книгу!

Медики сразу смогут применить полученные знания в своей клинической деятельности. Математики и физики получат ключи к правильному моделированию биологических процессов. Также это очень поможет всем приверженцам теории хаоса в физике. Поскольку теория хаоса сегодня – одна из популярнейших, однако в ней не хватает принципа фрактального действия физических законов, который может быть осознан позже. Это очень поможет тем хаотистам, последователям Эдварда Лоуренца, которые занимаются проблемами метеорологии. Введение моего принципа иерархично-соподчиненных термодинамических сфер в метеорологии, я уверен, тоже даст свои прорывные моменты.

Самые мощные шаги в современной науке всегда происходили, когда имелись качественные теории. Особенно это прослеживается в физике. Качественная теория дает возможность практикам, применяя теорию, которая описывает функционирование каких-либо природных объектов, продвинуться в дальнейшем познании познанию окружающего мира и законов его функционирования. В нашем случае, прежде всего, я говорю о биологических объектах.

Тому, кто вдумчиво прочитает и осознает эту работу, откроется совершенно новый удивительный мир физической реальности функционирования живого вещества. Это дает практически неограниченные возможности в медицине, физиологии и в управлении организмом. Свод физических принципов функционирования живого вещества – это симбиоз традиционных и новых взглядов и теорий в биологии и медицине. Раньше они были разрозненны как во времени, так и географически, и теперь мне удалось все это объединить.

Ключевая мысль: если ученые говорят о качественных теориях, то им и нужно заниматься качественными теориями, а не тратить время и ресурсы на практические доказательства. Как пример, можно привести физиков-теоретиков. После создания ими красиво выстроенной теории, они, как правило, не могут дождаться доказательства ее на практике в силу своего возраста. Но надо понимать, что если бы не было теории, то практика никогда бы не пошла по этому пути. Теории в познании природы играют не просто роль свода знаний, они становятся маяком, путеводной звездой, указывающей направление дальнейшего научного поиска уже непосредственно практикам.

Очевидный плюс в этом повествовании заключается в том, что мы с Вами рассматриваем биологические объекты, и в них уже многие теоретические моменты, о которых мы будем говорить, реализованы.

Надо просто их увидеть в этой сложнейшей биохимической машине. Моей задачей было, с одной стороны, дать теорию, с другой – увидеть в организме, каким образом это уже реализовано самой природой за миллионы лет эволюции. И практики, опираясь на это, уже могут мало того, что эти теории подтверждать или находить какие-либо тонкости в функционировании этих физических принципов, они смогут, совершенно четко предвидеть наличие каких бы то ни было инструментов живой природы в виде, например, неизвестных науке, но очень важных биохимических реакций. И находить их целенаправленно. То есть они, благодаря теориям, будут четко знать, что и где искать. Примерно так, как физики обнаруживают на ускорителях еще не подтвержденные практикой, но заранее предсказанные теоретически, мельчайшие частицы вещества.

После написания этой книги, в процессе редактирования текста, у меня родилось название – «Кибержизнь. Контуры медицины будущего». Хотя рабочее название было «Термодинамическая биология и теория конвергентных биопроцессов», однако оно больше подходит для научной монографии. Монографию под таким названием я планирую написать в ближайшем будущем, а сейчас давайте подробно остановимся на термодинамической биологии и теории конвергентных биопроцессов. Я хочу пояснить суть этих двух новых терминов, поскольку понимание этого позволит лучше воспринять достаточно необычный и сложный материал. Итак, …

Термодинамическая биология – термин, произошедший из особенного раздела физики «биологическая термодинамика». Коренное отличие здесь заключается в том, что в «биологической термодинамике» описываются с точки зрения термодинамики либо организмы в целом, либо клетки, либо каскады важнейших биохимических реакций уже на молекулярном уровне.

В «термодинамической биологии» же появляются такие инструменты познания, как термодинамические сферы в структуре организма, позволяющие включить в ткань этого научного направления такие математические инструменты как теория оптимального управления и общая теория управления, то есть биокибернетические подходы.

Теория конвергентных биопроцессов – термин, появившийся в результате синтеза таких понятий как конвергенция и процессный подход. Основным постулатом данной теории является взгляд на организм не как на сложную систему, составляющую основу жизнедеятельности, а как на процесс действия на биовещество комплекса внешних сил, в результате которого неизбежно возникает и бесперебойно функционирует система.

Именно такой подход, через приведенное в книге главное модулирующее уравнение данной теории, позволяет нам с Вами приблизиться к качественно новому пониманию в математическом моделировании не только работы живого вещества, но и к прорыву в области моделирования работы интеллекта, то есть к созданию математической модели работы интеллекта, которая по своей сути, будет являться самым настоящим искусственным интеллектом.

Раздел I: Великие учителя науки, заложившие фундамент термодинамической биологии

Мощный теоретический прорыв в наше время невозможен на пустом месте. Научный мир, пожалуй, можно напрямую сравнить с миром биологии, поскольку развивается он, несмотря на убеждение многих в обратном, именно путём эволюции, а не революции. Когда я слышу выражение «научная революция», я понимаю насколько это далеко от истины потому, что революция по своей сути, это действие, разрушающее старые устои и парадигмы и замена их новыми. Научный же мир явно развивается эволюционным путём, поскольку наука никогда не забывает своих корней, и самые великие ученые нашего времени часто, обращаясь к истокам, находили там информацию для своих будущих открытий.

Поэтому вместо выражения «научная революция», я предпочитаю использовать термин «научный прорыв». Прорыв в науке возможен только в случае твёрдой опоры под ногами, от которой можно надежно оттолкнуться и совершить прыжок выше головы. Ничего не получится у того, кто вместо того, чтобы отталкиваться от опоры как можно сильнее и покорять новые высоты, начнёт разрушать эти основы, пытаясь подменить старые понятия новыми, но, не двигаясь при этом с места. Поэтому в этой книге, я прежде всего, хочу познакомить Вас с моими «опорами», поверьте, они прекрасны. В моем случае можно сказать, что труды этих великих людей образуют не просто мощный научный фундамент, а самый настоящий «батут для познающего».

Я приглашаю Вас, уважаемый читатель, вместе со мной, воспользоваться громадной силой этого «батута» и, преодолев притяжение, выйти на новую орбиту познания. Вперёд!

Бауэр Эрвин Симонович

19.10.1890 – 11.01.1938

«Все и только живые системы никогда не бывают в равновесии и исполняют за счёт своей свободной энергии постоянно работу против равновесия, требуемого законами физики и химии при существующих внешних условиях».

Обширная клиническая практика по восстановлению кровотока в позвоночных артериях и венах у пожилых людей постепенно привела меня к пониманию того, что буквально у всех моих пациентов, наблюдаются одни и те же клинические эффекты: нормализация артериального давления, восстановление и оптимизация обмена углеводов, корреляция плазматического уровня и состава липопротеидов различной плотности и другие метаболические эффекты. Понимание этого момента, явилось отправной точкой в развитии гипотезы о наличии единого надмолекулярного интегрального механизма регуляции этих процессов.

Именно мысль о том, что все биохимические каскады организма, реализованные на молекулярном уровне, подчиняются некоему внешнему общему управлению, в итоге и привела меня к созданию стройной теории, которую по анатомическому и биохимическому признакам я назвал теорией централизованной аэробно-анаэробной компенсации энергетического баланса (ЦААКЭБ).

Когда мне удалось сформировать теорию ЦААКЭБ, я понял, что в природе должны существовать какие-либо общие законы биологии для всего живого. По своей природе, теория ЦААКЭБ должна была подчиняться законам физики и иметь аналогии в области физики биологических объектов. Используя поисковый инструмент в интернете, а именно Яндекс, я задал вопрос: «всеобщий закон биологии», и в качестве первой ссылки Яндекс выдал общий закон биологии Эрвина Бауэра. Уже потом, когда я прочитал его труд «Теоретическая биология», у меня сформировалась четкая концепция иерархичных управляемых термодинамических сфер, которая легла в основу этой книги.

Эрвин Бауэр родился в 1890 году в венгерском городе Леч (ныне Левице, в Словакии) в семье Симона Бауэра, преподавателя французского и немецкого языков. Эрвин окончил медицинский факультет в Гёттингене, где занимался гистологией и патологической анатомией. В 1914 г. был мобилизован в австро-венгерскую армию и до 1918 года работал в гарнизонной больнице. В тот же год ученого постигла трагедия: его первая жена, известная венгерская писательница Маргит Каффка и их маленький сын умерли во время эпидемии гриппа.

Впоследствии Эрвин Бауэр увлекся социалистическими идеями, стал коммунистом и принял участие в венгерской революции. После её подавления осенью 1919 года вместе со второй женой, Стефанией Силард, Эрвин эмигрирует в Вену, а затем в Гёттинген. В 1921 году они переезжают в Прагу, где Бауэр становится ассистентом профессора Ружчки в отделе общей биологии и экспериментальной морфологии Карлова университета.

В этот период его особенно интересовали реакции клеток на различные факторы внешней среды в связи с общей теорией жизненных явлений. В 1925 г. по приглашению Института профессиональных заболеваний имени Обуха Бауэры приехали в Москву. В 1930 г. он издал книгу на русском языке «Физические основы в биологии», а уже в 1931 Бауер организовал и возглавил в рамках Биологического института имени Тимирязева лабораторию общей биологии. В процессе создания в Ленинграде Всесоюзного института экспериментальной медицины, в 1934 году, Бауэра пригласили возглавить отдел общей биологии, который включал в себя следующие лаборатории: электробиологическую, обмена веществ, раковую, общей биологии, лабораторию биологической и физической химии и биофизическую лабораторию. В 1935 г. выходит в свет главный труд Бауэра «Теоретическая биология»…

Талант Бауэра проявился в том, что, будучи еще совсем молодым человеком, он создал стройную физическую концепцию функционирования всего живого, которая до сих пор остается гениальной. Весь его посыл был о том, что организм, это – цельная система, а не комплекс разобщенных структур. И он был абсолютно прав. Причем, в те времена у него не было той исчерпывающей информации, того объема знаний, которым мы располагаем сейчас.

Суть мировоззрения Бауэра заключалась в том, что он всю жизнь пытался понять и выразить в физических формулах, как и по каким законам функционирует живая материя. Он понимал, что есть физика атомов и молекул и есть физика макротел. А есть отдельный раздел физики – биологический, или как он называл, «теоретическая биология», которая описывает глобальные законы, согласно которым функционирует все живое.

В своей практике он часто пользовался мысленными экспериментами, которые ему прекрасно удавались, за что основоположник учения о доминанте нервной деятельности Алексей Алексеевич Ухтомский, назвал его «Эйнштейном в биологии».

В то время лишь самые выдающиеся умы понимали то, чем занимается и то, о чем пишет Бауэр. Многие не могли понять, что такое теоретическая биология поскольку считали ее эфемерным понятием, которое нельзя потрогать, в отличие от материальной вещи. На основании своих многочисленных мысленных экспериментов он вывел и обобщил главный закон биологии, который гласит: «Все и только живые системы постоянно выполняют за счет своей свободной энергии работу против равновесия, требуемого внешними условиями». Главный закон биологии не просто, абсолютно созвучен первому началу термодинамики, фактически он им и является в применении к живому веществу. Далее, в главе, посвященной первой термодинамической сфере, этот момент будет рассмотрен более подробно.

Бауэр оказался в Советском Союзе в период удивительного, всестороннего подъема в стране естественных наук. Расцвет науки был ярким, но очень кратким – с 1925 по 1929 годы. В этот период сформировались научные школы физиков А.Ф. Иоффе, Н.Н. Семенова, Л.И. Мандельштамма, Д.С. Рождественского, химиков А.Е. Чичибабина, В.Н. Ипатьева, Н.Д. Зелинского, математика Н.Н. Лузина, биологов Н.К. Кольцова, Ю.А. Филиппченко, Н.И. Вавилова, А.А. Ухтомского, И.П. Павлова, В.И. Вернадского.

После тяжелого исторического периода в стране начался переход к мирной жизни и новой экономике. Носители духа науки и просвещения – прогрессивные интеллигенты дореволюционного времени и их молодые ученики – с огромной энергией и страстью устремились к прерванным занятиям. Можно представить себе, как воспринял этот дух энтузиазма коммунист-эмигрант Э.С. Бауэр. К несчастью, великий гений попал под беспощадную машину репрессий тех лет, как и другие светлые умы той неоднозначной страницы нашей истории. В 1937 году, Эрвин и Стефания Бауэры были арестованы днем, на работе. Они никогда более не видели друг друга и своих детей. Эрвин Бауэр был приговорен и расстрелян в 1938 году. Двое его сыновей, Михаил и Карл, были разлучены и отданы в детские дома. Старший сын, Михаил Эрвинович Бауэр, после ХХ съезда КПСС и реабилитации родителей вернулся в Ленинград и получил образование инженера, а младший сын, Карл Бауэр, после армии окончил вечернее отделение Педагогического института по факультету иностранных языков. Сейчас он живет в Пензе и преподает в школе иностранные языки.

Эрвин Бауэр – это великий гений биологии, человек, значительно опередивший свое время. Изучение его трудов привело меня к мысли о написании этой книги. Он вдохновил меня на этот труд силой своей мысли, настолько мощной, что даже через восемь десятилетий после его противоестественной смерти, она обладает невероятным созидающим духом. Я преклоняюсь перед ним и посвящаю этот труд ему.

Мечников Илья Ильич

03.05.1845 – 02.07.1916

«Человек при помощи науки в состоянии исправить несовершенство своей природы».

В процессе научного поиска того механизма в биологии, который мог бы противостоять разрушению организмов, вследствие непрерывного действия главного разрушителя природы – второго начала термодинамики, ко мне пришло понимание, насколько важна роль стволовых клеток в этом процессе. В ходе изучения литературы, я прочитал труды о стволовой кроветворной клетке выдающегося ученого, гистолога, первооткрывателя стволовых клеток, нашего соотечественника Александра Александровича Максимова, который собственно и ввёл в термин «стволовые клетки» в медицину и биологию, впервые употребив его на съезде гематологов в Берлине в 1908 году. Пойдя дальше в этом направлении мне удалось выйти на работы замечательного последователя А. А. Максимова – Александра Яковлевича Фриденштейна. Именно он в 50-е годы прошлого века, более чем через два десятилетия после смерти Максимова, придал новое дыхание уже серьёзно недооценённому и подзабытому учению о стволовых кроветворных клетках. И именно ему впервые удалось обнаружить в строме костного мозга мультипотентные мезенхимальные стволовые клетки, а главное, разработать методику их культивирования.

Работая с этими и другими источниками (особенно примечательны и важны последние достижения и открытия в этой области, осуществлённые доктором Синья Яманака – японским ученым, профессором института передовых медицинских наук в Университете Киото, нобелевским лауреатом 2012 года по медицине и физиологии за открытие группы генов, активируя которые можно обычные взрослые клетки переводить в состояние детских мультипотентных и в будущем выращивать из них органы и ткани), я часто встречал ссылки на книги Ильи Ильича Мечникова и начал также более углубленное и кропотливое изучение трудов этого колосса медицины, связанных с фагоцитозом и общими взглядами на работу организма в целом. Можно сказать, что я практически заново открыл для себя этого великого ученого.

Особенное влияние на мое научное мировоззрение оказала работа Ильи Ильича «Этюды оптимизма». После уже повторного осознанного прочтения этой книги многие вещи относительно функционирования стволовых клеток и фагоцитов стали логически объяснимыми с точки зрения нелинейной термодинамики. И когда я нашел в работах Мечникова связь фагоцитов с процессом старения, был сформулирован механизм распада, без которого невозможно существование организма. Уже потом, в виде озарения, передо мной предстала картина удивительно прекрасного принципа самообновления организма, действующего постоянно и неразрывно от момента деления стволовой клетки до поглощения фагоцитами апоптатических телец уже разрушенной дифференцированной соматической клетки. Этот принцип будет подробно описан далее в соответствующем разделе книги. А пока хочу сказать, что без понимания мною принципа «дисгармонии природы человека», введённым и подробно описанным Ильёй Ильичом, невозможно было бы и само написание этой книги. Поэтому остановимся на биографии и трудах этого удивительного человека более подробно!

Илья Ильич Мечников родился в семье гвардейского офицера и помещика Ильи Ивановича Мечникова и Эмилии Львовны Невахович. Детство Мечникова прошло в имении отца Панасовке, где у него пробудились любовь к природе и интерес к естественным наукам, который формировался под влиянием студента-медика, домашнего учителя старшего брата Льва.