Был сделан следующий опыт, сделан физиками Узбекистана, тогда Узбекистан был республикой Советского Союза. Это излучение непрерывного лазера на углекислом газе подавалось на поверхность медной пластины, довольно толстой. Излучение было достаточным для того, чтобы пластина оплавилась. И вот из области расплава начал подниматься вот такой «пенёк», который возвысился и закристаллизовался. Это некие довольно сложные композиции из металла, его окислов: это медь, Cu2О, покрытая сверху пластиночками (затвердевшими окислами), как шапочкой. Это типичная картина самоорганизации. Такой результат не задан никакими условиями самой медной пластины. «Пенёк» появился в результате действия излучения и факторов, которые способствовали вытягиванию материала, вроде как зарождающегося смерча. Это один тип самоорганизации при воздействии лазерного излучения. Я занимаюсь лазерным воздействием очень давно, поэтому мне ближе эти картинки. Следующие две тоже очень интересны.
Вот тут, может, не очень хорошо видно, но, если приглядеться, то можно увидеть серию «полосочек», или рябь на поверхности. Это более мягкое воздействие уже нескольких импульсов лазерного излучения на поверхность полупроводника. А «полосочки» соответствуют образованию так называемых самоорганизующихся поверхностных структур. Не говоря детально о том, как это происходит, я хочу сказать, что во многих областях науки были сделаны любопытные шаги вперёд. Например, в оптике стало возможным говорить о том, что при падении света на границу раздела, не всех сред, но многих, на поверхности происходит не только отражение света и преломление, но и частичное преобразование света в поверхностную электромагнитную волну. Она интерферируют с падающей, и в интерференционном поле образуется такой рельеф. Этот рельеф закрепляется - поверхность оплавлена и начинает чуть-чуть испаряться, в температурных максимумах индуцированного поля происходит «выедание» луночки, а в минимумах остаётся бугорок.
Интересно вот что. Чем больше высота такой структуры, тем сильнее преобразование света в поверхностную волну, тем глубже модуляция, и от импульса к импульсу идёт усиление такой структуры.
А вот следующая картина, она наиболее характерна. Когда я показываю её на лекциях, я спрашиваю: что это такое? Самый простой ответ, типичный, между прочим, что это вязаный свитер, с дырками, правда. Вот приглядитесь, можно так сказать? Свитер, правда?
А.Г. Можно сказать, да. А можно отнести это, кстати, и к вашей области деятельности. Поскольку похоже на поверхность какого-нибудь листа…
М.Л. А вот на самом деле это тоже последовательное воздействие на поверхность, скажем, германия (в данном случае неважно) серии лазерных импульсов, которые привели к образованию целой гаммы поверхностных волн, которые интерферируют и очень сильно изменяют форму поверхности. В чём здесь самоорганизация? В процессе такого воздействия возникают и усиливаются положительные обратные связи между изменениями высоты рельефа и коэффициентом преобразования лазерного излучения в поверхностную волну - от импульса к импульсу. И если добавить, что здесь тысяча импульсов воздействовала, это будет очень любопытно.
Так вот, можно провести некие аналогии между тем, что происходит в таких опытах (кстати, они достаточно интересны и сами по себе) и, допустим, какими-то биологическими процессами. В чём сила самоорганизующейся системы? В появлении таких обратных связей. Она закрепляет то, что получилось, даже при импульсном воздействии, и сохраняет это до следующего такого воздействия. Возможна эстафетная передача с постепенным переходом от исходной системы к новой. Ведь, собственно, такой системы не было, она появилась и осталась тут в виде картинки, можно образец показать. Можно эту систему разрушить, условия изменятся, и такой рисуночек пропадёт.
В биологии тоже такое возможно, и в химии это возможно. И в этом смысле самоорганизация - это действительно процесс, который очень широк по своим возможностям. Вот о чём я хотел сказать.
М.К. Я хочу немножко рассказать о процессах самоорганизации, проходящих в живых системах. Ты упомянул очень интересную вещь - это эстафетность эволюции. Потом поговорим подробнее об эстафетном характере эволюции.
Молекулы ферментов синтезируются на матричной РНК из аминокислотных остатков и имеют линейную форму. Потом уже идёт сложный процесс, когда они «сходят» с этого конвейера, и молекулы приобретают трехмерную структуру, они усложняются, самоорганизуются. И сама молекула, организуется таким образом, что свободной энергии становится мало. Причём жизненные процессы идут только в водной среде. В воде, которая окружает её, энтропия увеличивается. Так что энтропия воды либо остаётся на постоянном уровне, либо даже возрастает. Но в системе молекулы она уменьшается. Это ещё раз подтверждает, что неравновесные процессы, в общем, ведут не всегда - это не абсолютная вещь - но, по крайней мере, иногда ведут к уменьшению энтропии.
Рибосомы, на которых идёт синтез белка, самоорганизуются. Есть такой фермент альдалаза: если её подкислить, то она диссоциирует на две нефункциональные части. Если её до нейтральной pH довести, скажем, до 7, то они опять реассоциируются. Они помнят о том, как они были когда-то соединены. Причём, эти реакции очень специфичны.
Нативные гемоглобины ассоциируются только от того животного, от которого они произошли.
Теперь я хотел бы немножко поговорить об эстафетном принципе эволюции. Прежде, чем появился гелий, был водород… И даже можно раньше начать. Прежде, чем появилась молекула, был атом. Дальше я перейду сразу к живому, не буду дальше развивать эту мысль. Сначала появился химический элемент, потом молекула, потом комплексы молекул, потом межмолекулярные комплексы, мембраны, различные органеллы, как я уже говорил, рибосомы - даже частицы вируса подвержены самоорганизации. Но всё это происходит, как вы видите, эстафетно. Сначала простая форма организации, на её базе строятся следующие формы и так далее. Сначала рыба, потом амфибия, амфибии предшествуют рептилиям, а рептилии предшествуют птицам и млекопитающим. То есть имеется некий процесс, в котором обязательным условием для возникновения следующей сложной организации является предшествующая ей менее сложная организация.
А.Г. То есть, грубо говоря, не изобретается сначала велосипед, а потом мотоцикл. Сначала велосипед, потом велосипед с моторчиком, потом велосипед с гораздо более сильным моторчиком. И уж только потом…
М.К. В последнее время молекулярные биологи у многих организмов секвенировали геномы - это последовательность нуклеотидных оснований ДНК.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57
Вот тут, может, не очень хорошо видно, но, если приглядеться, то можно увидеть серию «полосочек», или рябь на поверхности. Это более мягкое воздействие уже нескольких импульсов лазерного излучения на поверхность полупроводника. А «полосочки» соответствуют образованию так называемых самоорганизующихся поверхностных структур. Не говоря детально о том, как это происходит, я хочу сказать, что во многих областях науки были сделаны любопытные шаги вперёд. Например, в оптике стало возможным говорить о том, что при падении света на границу раздела, не всех сред, но многих, на поверхности происходит не только отражение света и преломление, но и частичное преобразование света в поверхностную электромагнитную волну. Она интерферируют с падающей, и в интерференционном поле образуется такой рельеф. Этот рельеф закрепляется - поверхность оплавлена и начинает чуть-чуть испаряться, в температурных максимумах индуцированного поля происходит «выедание» луночки, а в минимумах остаётся бугорок.
Интересно вот что. Чем больше высота такой структуры, тем сильнее преобразование света в поверхностную волну, тем глубже модуляция, и от импульса к импульсу идёт усиление такой структуры.
А вот следующая картина, она наиболее характерна. Когда я показываю её на лекциях, я спрашиваю: что это такое? Самый простой ответ, типичный, между прочим, что это вязаный свитер, с дырками, правда. Вот приглядитесь, можно так сказать? Свитер, правда?
А.Г. Можно сказать, да. А можно отнести это, кстати, и к вашей области деятельности. Поскольку похоже на поверхность какого-нибудь листа…
М.Л. А вот на самом деле это тоже последовательное воздействие на поверхность, скажем, германия (в данном случае неважно) серии лазерных импульсов, которые привели к образованию целой гаммы поверхностных волн, которые интерферируют и очень сильно изменяют форму поверхности. В чём здесь самоорганизация? В процессе такого воздействия возникают и усиливаются положительные обратные связи между изменениями высоты рельефа и коэффициентом преобразования лазерного излучения в поверхностную волну - от импульса к импульсу. И если добавить, что здесь тысяча импульсов воздействовала, это будет очень любопытно.
Так вот, можно провести некие аналогии между тем, что происходит в таких опытах (кстати, они достаточно интересны и сами по себе) и, допустим, какими-то биологическими процессами. В чём сила самоорганизующейся системы? В появлении таких обратных связей. Она закрепляет то, что получилось, даже при импульсном воздействии, и сохраняет это до следующего такого воздействия. Возможна эстафетная передача с постепенным переходом от исходной системы к новой. Ведь, собственно, такой системы не было, она появилась и осталась тут в виде картинки, можно образец показать. Можно эту систему разрушить, условия изменятся, и такой рисуночек пропадёт.
В биологии тоже такое возможно, и в химии это возможно. И в этом смысле самоорганизация - это действительно процесс, который очень широк по своим возможностям. Вот о чём я хотел сказать.
М.К. Я хочу немножко рассказать о процессах самоорганизации, проходящих в живых системах. Ты упомянул очень интересную вещь - это эстафетность эволюции. Потом поговорим подробнее об эстафетном характере эволюции.
Молекулы ферментов синтезируются на матричной РНК из аминокислотных остатков и имеют линейную форму. Потом уже идёт сложный процесс, когда они «сходят» с этого конвейера, и молекулы приобретают трехмерную структуру, они усложняются, самоорганизуются. И сама молекула, организуется таким образом, что свободной энергии становится мало. Причём жизненные процессы идут только в водной среде. В воде, которая окружает её, энтропия увеличивается. Так что энтропия воды либо остаётся на постоянном уровне, либо даже возрастает. Но в системе молекулы она уменьшается. Это ещё раз подтверждает, что неравновесные процессы, в общем, ведут не всегда - это не абсолютная вещь - но, по крайней мере, иногда ведут к уменьшению энтропии.
Рибосомы, на которых идёт синтез белка, самоорганизуются. Есть такой фермент альдалаза: если её подкислить, то она диссоциирует на две нефункциональные части. Если её до нейтральной pH довести, скажем, до 7, то они опять реассоциируются. Они помнят о том, как они были когда-то соединены. Причём, эти реакции очень специфичны.
Нативные гемоглобины ассоциируются только от того животного, от которого они произошли.
Теперь я хотел бы немножко поговорить об эстафетном принципе эволюции. Прежде, чем появился гелий, был водород… И даже можно раньше начать. Прежде, чем появилась молекула, был атом. Дальше я перейду сразу к живому, не буду дальше развивать эту мысль. Сначала появился химический элемент, потом молекула, потом комплексы молекул, потом межмолекулярные комплексы, мембраны, различные органеллы, как я уже говорил, рибосомы - даже частицы вируса подвержены самоорганизации. Но всё это происходит, как вы видите, эстафетно. Сначала простая форма организации, на её базе строятся следующие формы и так далее. Сначала рыба, потом амфибия, амфибии предшествуют рептилиям, а рептилии предшествуют птицам и млекопитающим. То есть имеется некий процесс, в котором обязательным условием для возникновения следующей сложной организации является предшествующая ей менее сложная организация.
А.Г. То есть, грубо говоря, не изобретается сначала велосипед, а потом мотоцикл. Сначала велосипед, потом велосипед с моторчиком, потом велосипед с гораздо более сильным моторчиком. И уж только потом…
М.К. В последнее время молекулярные биологи у многих организмов секвенировали геномы - это последовательность нуклеотидных оснований ДНК.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57