Текст книги "Кибержизнь. Контуры медицины будущего"
Автор книги: Александр Шишонин
Жанр: Здоровье, Дом и Семья
Возрастные ограничения: +18
сообщить о неприемлемом содержимом
Текущая страница: 4 (всего у книги 16 страниц) [доступный отрывок для чтения: 5 страниц]
Пригожин Илья Романович
25.01.1917 – 28.05.2003
«Да, мир нестабилен. Но это не означает, что он не поддается научному изучению. Признание нестабильности – не капитуляция, напротив – приглашение к новым экспериментальным и теоретическим исследованиям, принимающим в расчет специфический характер этого мира».
На работы Ильи Романовича Пригожина меня так же вывел «научный вебсерфинг». И начал я знакомство с ним, как ни банально, со статьи в Википедии. Далее, в процессе изучения его работ, меня поразил удивительный мир диссипативных структур, первопроходцем в котором был Пригожин. Поразила его «мощь в охвате познаваемого», ее буквально на физическом уровне ощущали люди, которым выпало счастье работать и дружить с этим научным великаном.
Бельгийский химик Илья Пригожин родился в Москве, в канун русской революции, в семье инженера-химика Романа Пригожина и музыканта Юлии Вишман. Благодаря стараниям матери, Илья с детства играл на пианино. Ноты, как она позднее вспоминала, Илья научился читать раньше, чем слова.
В 1921 г. семья Пригожиных эмигрировала из России сначала в Литву, потом в Германию, а с 1929 г. они поселились в Бельгии. Илья Романович всегда живо интересовался историей и философией. Будущее же свое он связывал с профессией концертирующего пианиста. В Свободном университете в Брюсселе его особенно привлекала термодинамика – наука, связанная с тепловой и другими формами энергии. Став здесь в 1943 г. бакалавром естественных наук, Илья Пригожин написал диссертацию о значении времени и превращения в термодинамических системах, за которую два года спустя был удостоен докторской степени. В 1947 г. он был назначен профессором физической химии в Свободном университете, а в 1962-м стал директором Солвеевского международного института физики и химии в Брюсселе.
Пригожина больше всего интересовали в термодинамике неравновесные специфически открытые системы, в которых либо материя, либо энергия, либо то и другое обмениваются с внешней средой в реакциях. При этом количество материи и энергии либо количество материи или количество энергии со временем увеличивается или уменьшается. Чтобы объяснить поведение систем, далеких от равновесия, Илья Пригожин сформулировал теорию диссипативных структур. Им было доказано существование неравновесных термодинамических систем, которые, при определённых условиях, поглощая вещество и энергию из окружающего пространства, могут совершать качественный скачок к усложнению, причём такой скачок не может быть предсказан, исходя из классических законов статистики. Считая, что неравновесность может служить источником организации и порядка, он представил диссипативные структуры в терминах математической модели с зависимыми от времени нелинейными функциями, которые описывают способность систем обмениваться материей и энергией с внешней средой и спонтанно себя рестабилизировать.
Ставший теперь классическим пример диссипативной структуры в физической химии известен как нестабильность Бенарда. Такая структура возникает, когда слои легкоподвижной жидкой среды подогреваются снизу. При достаточно высоких температурных градиентах тепло передается через эту среду как обычно, и большое число молекул в жидкости образуют специфические геометрические формы, напоминающие живые клетки.
В 1947 году Пригожин сформулировал и доказал теорему термодинамики неравновесных процессов, которая гласит: «В стационарном состоянии производство энтропии внутри термодинамической системы при неизменных внешних параметрах является минимальным и постоянным. Если система не находится в стационарном состоянии, то оно будет изменяться до тех пор, пока скорость производства энтропии, или, иначе, диссипативная функция системы не примет наименьшего значения». Когда я говорю о Пригожине, то для меня это, прежде всего, человек, который вскрыл физику рождения сложности в поэтапной эволюции живой материи.
В 1977 г. Илье Романовичу была присуждена Нобелевская премия по химии «за работы по термодинамике необратимых процессов, особенно за теорию диссипативных структур». «Исследования Пригожина в области термодинамики необратимых процессов коренным образом преобразовали и оживили эту науку», – сказал Стиг Классон в своей вступительной речи от имени Шведской королевской академии наук. Эта работа открыла для термодинамики «новые связи и создала теории, устраняющие разрывы между химическим, биологическим и социальным полями научных исследований». Исследования Ильи Романовича Пригожина отличают также элегантность и прозрачность, поэтому ученого заслуженно называют «поэтом термодинамики». Илья Романович был одним из тех редких людей, которые могли увидеть непростые вещи в простых вещах.
Хочу отметить, что это отличительная особенность всех великих ученых – видеть необычное в обычном! Так вот, Илья Романович был наделен такой способностью поистине до невероятной степени. В 1982 году Пригожин становится иностранным членом Академии наук СССР. Его работы многократно переводились на русский язык. К его работам обращаются многие ученые, не только физики и химики, но и биологи, палеонтологи и математики, историки, филологи. В 1989 году король Бельгии пожаловал Пригожину титул виконта.
В данной книге влияние этого гиганта будет прослеживаться красной нитью во многих главах, а принцип самообновления вообще может быть полностью описан инструментами нелинейной термодинамики от бифуркации до теоремы о минимуме производства энтропии, которые сформировал, ввёл в практику и математически доказал И.Р. Пригожин.
Доброборский Борис Самуилович
27.08.1945
«Устойчивость неравновесного термодинамического состояния биологических систем обеспечивается непрерывным чередованием фаз потребления и выделения энергии посредством управляемых реакций синтеза и расщепления АТФ».
Борис Самуилович Доброборский – учёный с очень разносторонней практикой, о которой ещё будет сказано ниже. Когда я впервые прочитал его «Теоретическую биологию», основанную на одноименном труде Бауэра, мир теоретической физики и мир биологии через его «теорию биоритмов» для меня слились воедино. И это был, конечно, ментальный прорыв, позволивший впоследствии найти новые, более всеобъемлющие (конвергентные) подходы к описанию биологических процессов, используя математические инструменты физиков-теоретиков. Он чётко указал на агента, который соединяет неразрывно мир физических теорий с миром биологических процессов. Этот могучий агент всего лишь всем известная молекула АТФ, но гениальное описание Доброборским процесса осуществления биоритмов, полностью завязанном на синтезе и распаде АТФ, позволило мне осознать, что на самом деле не существует в науке никакого барьера между физикой, математикой и биологией! В мире все едино и целостно, а разделение существует лишь в наших умах!
Борис Самуилович Доброборский родился в Санкт-Петербурге. В 1967 году окончил Ленинградский Горный институт по специальности радиоэлектроника, получив квалификацию радиоинженера. Доцент кафедры наземных транспортно-технологических машин автомобильно-дорожного факультета Санкт-Петербургского Государственного архитектурно-строительного университета. Академик Международной академии наук экологии и безопасности человека и природы. Автор нескольких изобретений и полезных моделей (виброгасящее устройство и др).
Борис Самуилович наш современник. Уникум этого ученого состоит в том, что, будучи инженером с техническим образованием, он является большим полиглотом, и проявляет живой интерес к изучению неравновесной термодинамики или термодинамике необратимых процессов. Его книга «Введение в теоретическую биологию», является современным развитием теорий Э.Бауэра и И.Пригожина.
Доброборский описал существование живой материи как периоды синтеза и распада АТФ. Логическим продолжением главного закона биологии, сформулированного Эрвином Бауэром, является закон Доброборского, который гласит: «устойчивость неравновесного термодинамического состояния биологических систем обеспечивается непрерывным чередованием фаз потребления и выделения энергии посредством управляемых реакций синтеза и расщепления АТФ». Из этого закона Борис Самуилович выделил два основных следствия:
– В живых организмах ни один процесс не может происходить непрерывно, а должен чередоваться с противоположно направленным: вдох с выдохом, работа с отдыхом, бодрствование со сном, синтез с расщеплением.
– Состояние живого организма никогда не бывает статическим, а все его физиологические и энергетические параметры всегда находятся в состоянии непрерывных колебаний относительно средних значений, как по частоте, так и по амплитуде.
Этими колебаниями ученый объяснил природу биоритмов, с помощью которых живые организмы обеспечивают устойчивость своего неравновесного термодинамического состояния, то есть биоритмы являются способом существования всех живых организмов.
Одной из важнейших вех научной деятельности Доброборского явилась его работа над теорией фенотипической адаптации, согласно которой все процессы адаптации условно могут быть разделены на два вида:
1. Оперативную фенотипическую адаптацию, в результате которой организм путем соответствующих оперативных физиологических реакций непрерывно реагирует на все кратковременные факторы, влияющие на его жизнедеятельность, не меняя при этом значения показателей его функциональных систем.
2. Устойчивую фенотипическую адаптацию, в результате которой при длительных воздействиях на организм факторов окружающей среды произошли такие изменения значений его функциональных систем, что организм стал более приспособлен к этим факторам.
Моя теория централизованной аэробно-анаэробной компенсации энергетического баланса (ЦААКЭБ), которая является фундаментом учения о термодинамических сферах и теориях регенерации, старения и критической адаптации изложенных в этой книге, фактически является усовершенствованной теорией фенотипической адаптации.
Подход Доброборского к решению ряда проблем теоретической биологии с позиций неравновесной термодинамики позволил в определенной степени объяснить сущность целого ряда закономерностей и явлений, ранее не имевших удовлетворительных объяснений.
А именно – установить механизм и закономерность обеспечения устойчивости неравновесного термодинамического состояния биологических систем; установить закон периодичности функционирования биологических систем; установить природу биоритмов и их роль в жизнедеятельности биологических систем; определить природу и основные законы фенотипической адаптации.
Бауэр, Пригожин, Доброборский называют жизнь термодинамически-неравновесным состоянием. Предлагаемая в этой книге концепция подразумевает, что жизнь – это не термодинамически-неравновесное состояние, а это именно равновесное состояние, но энергетически превышающее равновесное состояние окружающей среды. То есть это равновесие более высокого порядка. Для характеристики данного состояния более всего подходит даосский термин «деятельное недеяние», то есть непосредственного действия нет, но энергия в процесс заложена. Пригожин же, например, для наглядного объяснения этого состояния применял аналогию с маятником. Представьте: есть часы и есть маятник. Если маятник не раскачивать, он в итоге остановится и повиснет под действием силы тяжести. Представим теперь, что маятник повернут вертикально вверх и путем каких-то незначительных усилий, например, небольшого магнитного поля, удерживается в этом равновесии, то есть там тоже существует равновесие, но в нем заложена большая энергия. Если один из магнитов отключить, маятник упадет и создаст очень большой энергетический всплеск. По факту это и есть «неравновесное равновесие».
Далее вы проследите логический синергизм научного подхода Доброборского с представленным в этой книге термодинамическим взглядом на природу всего живого.
Павлов Иван Петрович
14.09.1849 – 27.02.1936
«Рефлекс целей есть основная форма жизненной энергии каждого из нас. Жизнь только того прекрасна и сильна, кто всю жизнь стремится к постоянно достигаемой и никогда не достижимой цели. Вся жизнь, все ее улучшения, вся ее культура делается людьми, стремящимися к поставленной ими в жизни цели».
К трудам Ивана Петровича Павлова я обратился в надежде найти практическое подтверждение моих мысленных экспериментов непосредственно в природе живого. И я нашел это подтверждение в описании условных и безусловных рефлексов. Я открыл для себя Павлова совершенно с другой стороны, нежели как его достижения преподносят студентам в медицинском ВУЗе. Павлов за много лет до открытия кибернетики на практике подтвердил математические эксперименты Зубова и Ляпунова относительно законов и формул, по которым функционирует живая материя. Таким образом, И.П. Павлов провел «эксперимент наоборот», его научные подходы во многом перекликаются с методами научного поиска, применяемыми в данной книге.
Иван Петрович Павлов – самый известный российский физиолог, основоположник учения о высшей нервной деятельности, академик Академии Наук СССР, лауреат Нобелевской премии по медицине и физиологии.
Ни один из русских ученых того времени, даже Менделеев, не получил такой известности за рубежом.
«Это звезда, которая освещает мир, проливая свет на еще не изведанные пути» – говорил о нем Герберт Уэллс. Его называли «романтической, почти легендарной личностью», «гражданином мира».
Иван Петрович Павлов родился 26 сентября 1849 года в Рязани. Его мать Варвара Ивановна происходила из семьи священника; отец Петр Дмитриевич был священником, служившим сначала на бедном приходе, но благодаря своему пастырскому рвению со временем стал настоятелем одного из лучших храмов Рязани.
В 1864 году Павлов успешно окончил Рязанское духовное училище и был сразу же принят в духовную семинарию. Здесь он показал себя очень работоспособным учеником, одним из лучших в своем классе. Он даже давал частные уроки, получив репутацию хорошего репетитора. Во время своего обучения Павлов впервые познакомился с научным трудом М. Сеченова «Рефлексы головного мозга». Во многом именно эта новая заинтересованность в бурно развивающейся в то время науке заставила его отказаться от продолжения духовной карьеры.
После получения в 1875 году звания кандидата естественных наук Павлов поступил на третий курс Медико-хирургической академии в Санкт-Петербурге. Летом 1877 года он работал в городе Бреслау в Германии с Рудольфом Гейденгайном, специалистом в области пищеварения. В следующем году, по приглашению С. Боткина, он начал работать в физиологической лаборатории при его клинике в Бреслау, еще не имея медицинской степени, которую Павлов получил в 1879 году. В лаборатории Боткина Павлов фактически руководил всеми фармакологическими и физиологическими исследованиями. В том же 1879 году Иван Петрович начал исследования по физиологии пищеварения, которые продолжались более двадцати лет. Многие исследования Павлова в восьмидесятых годах касались системы кровообращения, в частности регуляции функций сердца и кровяного давления.
К 1890 году труды Павлова получили признание ученых всего мира. С 1891 году он заведовал физиологическим отделом Института экспериментальной медицины, организованного при его деятельном участии; одновременно он оставался руководителем физиологических исследований в Военно-медицинской академии, в которой проработал с 1895 по 1925 год.
Будучи от рождения левшой, как и его отец, Павлов постоянно тренировал правую руку, и в результате настолько хорошо владел обеими руками, что, по воспоминаниям коллег, «ассистировать ему во время операций было очень трудной задачей: никогда не было известно, какой рукой он будет действовать в следующий момент. Он накладывал швы правой и левой рукой с такой скоростью, что два человека с трудом успевали подавать ему иглы с шовным материалом».
Считая, что умирающее на операционном столе и испытывающее боль животное не может реагировать адекватно здоровому, Павлов воздействовал на него хирургическим путем таким образом, чтобы наблюдать за деятельностью внутренних органов, не нарушая их функций и состояния животного. Мастерство Павлова в этой трудной хирургии было непревзойденным. Более того, он настойчиво требовал соблюдения того же уровня ухода, анестезии и чистоты, что и при операциях на людях.
Используя данные методы, Павлов и его коллеги показали, что каждый отдел пищеварительной системы – слюнные и дуоденальные железы, желудок, поджелудочная железа и печень – добавляет к пище определенные вещества в их различной комбинации, расщепляющие ее на всасываемые единицы белков, жиров и углеводов. После выделения нескольких пищеварительных ферментов Павлов начал изучение их регуляции и взаимодействия.
В 1904 году Павлов был награжден Нобелевской премией по физиологии и медицине «за работу по физиологии пищеварения, благодаря которой было сформировано более ясное понимание жизненно важных аспектов этого вопроса».
Пораженный силой условных рефлексов, проливающих свет на психологию и физиологию, Павлов после 1902 года сконцентрировал свои научные интересы на изучении высшей нервной деятельности. В институте, который располагался неподалеку от Петербурга, в местечке Колтуши, Павлов создал единственную в мире лабораторию по изучению высшей нервной деятельности. Ее центром была знаменитая «Башня молчания» – особое помещение, которое позволяло поместить подопытное животное в полную изоляцию от внешнего мира.
Исследуя реакции собак на внешние раздражители, Павлов установил, что рефлексы бывают условными и безусловными, то есть присущими животному от рождения. Это было его второе крупнейшее открытие в области физиологии.
Говоря о своем научном творчестве, Павлов писал: «Что ни делаю, постоянно думаю, что служу этим, сколько позволяют мои силы, прежде всего моему отечеству, нашей русской науке».
Академией наук учреждены золотая медаль и премия имени И. Павлова за лучшую работу в области физиологии.
Квинтэссенция мировоззрения Павлова выражена в его словах: «Человек – высший продукт земной природы. Человек – сложнейшая тончайшая система. Но для того чтобы наслаждаться сокровищами природы, человек должен быть здоровым, сильным и умным».
Говоря о Павлове, я не могу здесь обойти вниманием еще одного великого ученого, его ученика – Петра Кузьмича Анохина. Убежден в том, что то, чем занимался Анохин до сего момента, оставалось глобально недооцененным. Теория функциональных систем, которую создал и всю жизнь развивал Петр Кузьмич, зиждется на двух китах: первый – это учение о системах, которые в автоматическом режиме поддерживают постоянство внутренней среды, расходуя при этом внутренние резервы организма, и второй – учение о системах, которые также, в автоматическом режиме, поддерживают постоянство внутренней среды, но уже с использованием ресурсов внешнего мира. Фактически эти два типа систем можно назвать прообразами первой и второй термодинамических сфер, со строением и функциями которых Вы сможете познакомиться далее в книге.
Анохин ввел в обиход специфический принцип функционирования таких систем, дословно «принцип санкционирующей афферентации». Этот принцип на сегодняшний день является краеугольным камнем биокибернетики. Именно этот принцип, трансформировавшийся в понятие устойчивых петель обратной связи линейного и нелинейного иерархического характера, формирует основу современной математической биологии, фундамент которой был разработан А. А. Ляпуновым (с его подходами я познакомлю Вас чуть ниже). Анохин впервые попытался донести до научного мира мысль о том, что разум человека, как биологический объект, может и должен функционировать по тем же принципам устойчивой циркуляции информации, на которых зиждется функционирование биосистем. Однако невероятно идеологически ориентированная пропаганда того времени в принципе отвергала в науке нематериальные подходы. Анохин уже тогда вплотную подошел к чисто информационным подходам в области изучения работы интеллекта человека, но вместо поддержки и продвижения был подвергнут за это увольнению, ругани и другим козням социалистических материалистов.
Он, развивая подходы Павлова, еще в те годы осознал, что главный феномен жизни скрывается не столько в структуре биологического объекта, сколько в устойчивой циркуляции информационных потоков, осуществляемых таким объектом. Но, несмотря на это, только сегодня мы подошли к полноценному пониманию работ этого гиганта физиологии.
В этой книге есть раздел, посвящённый прикладным моментам термодинамической биологии, именно там вы найдёте описание (практически по Павлову), работы условных рефлексов внутри организма, описанных с точки зрения биокибернетических подходов и процессов автоматического управления в биологических системах. По своей сути гигантский кропотливый труд Ивана Петровича Павлова убедительно доказывает на практике правоту кибернетических подходов к описанию и моделированию биопроцессов и позволяет нам с вами, опираясь на теоретические подходы математиков, полностью когерентные с теорией условных и безусловных рефлексов Павлова, а также теорией функциональных систем Анохина, рассматривать почти любое заболевание или патологическое состояние организма как сбой в работе автоматически управляемых систем с центром управления, располагающемся в стволе головного мозга и подкорковых ядрах.
Правообладателям!
Данное произведение размещено по согласованию с ООО "ЛитРес" (20% исходного текста). Если размещение книги нарушает чьи-либо права, то сообщите об этом.Читателям!
Оплатили, но не знаете что делать дальше?
