Следующий принцип системного подхода к биологическим организмам и их комплексам утверждает, что для каждой биологической системы существуют (её) свойства, которые не могут быть объяснены результатами изучения только этой системы. Подобный перенос идеи математической теоремы Геделя в биологию можно выразить другими словами: невозможно получить полное описание системы, оставаясь в рамках этой системы, или, что одно и то же: полнота описания некоторой биосистемы определяется полнотой описания той надсистемы, куда изучаемая система входит как составная часть [99].
Поскольку генетический аппарат ядра входит в систему целой клетки как её подсистема, то его дифференциальная активность, следовательно, регулируется через метаболизм цитоплазмы состоянием клетки в целом и клеточным окружением последней [54]. Одни клетки индуцируют у других новые детерминированные события [100].
Однако, и помимо этого, генетический аппарат ядра не является един-ственным носителем генетических детерминант клетки. Например, органеллы цитоплазмы, скажем, митохондрии возникают только из митохондрий, изначально пребывающих в яйцеклетке или - реже - из поступивших в неё от сперматозоида.
Клеточные органеллы - митохондрии и хлоропласты - содержат свои собственные генетические системы, отличные от ядерной. Основу генетических систем митохондрий и хлоропластов составляет ДНК, которая боль- j ше напоминает ДНК бактерий и вирусов, чем хромосомную ДН К животных и растений.
Помимо того, генетический код, используемый митохондриями, отличается от универсального генетического кода всех организмов [101]. Поэтому вполне очевидно, что ядро со всеми его ингредиентами не может воссоздать митохондрии. Одно это уже свидетельствует о том, что помимо ядерной (хромосомной) существует неядерная (нехромосомная) наследственность [102], без которой эмбриогенез оплодотворенного яйца невозможен. Целый ряд примеров неядерного наследования показан не только у высших организмов, но и у бактерий [103].
Определенные элементы внутренней организации клетки не кодируются геномом.
Наличие внутренней организации, не кодируемой ДНК, является необходимым условием для функционирования клетки. К внутренней организации клетки относят компартментализацию в жидкой фазе и пространственную организацию субклеточных структур [104].
Считается, что в эволюции образование первичной клетки связано, в первую очередь, с установлением внутренней организации, не контролируемой ДНК, которая затем могла эволюционировать, модулируясь изменениями внутриклеточных химических процессов, контролируемых генетическим материалом.
Процесс перехода от химической эволюции к биологической и заключается в появлении первичной клетки с не-контролируемыми ДНК элементами внутренней организации. Эти не кодируемые геномом цитоплазматические структуры передаются с яйцеклеткой, а при последующих делениях - от клетки к клеткам многоклеточного организма.
Предполагается, что цитоскелет способствует передаче информации от ядра к мембране и обратно [105]. В передаче информации из внешней среды в ядро большую роль играют белки промежуточных филаментов, благодаря их ДНК-связывающей способности [106].
Таким образом, нельзя не согласиться с тем, что передача наследственных свойств осуществляется оплодотворенной яйцеклеткой в целом, а не одной только ядерной спиралью ДНК. Цепочку ДНК можно грубо сравнить с магнитной лентой, тогда как окружающая ДНК сложная система ядра и цитоплазмы выполняет роль магнитофона. Наследственно передается не одна только лента, но и магнитофон с лентой.
Наследственно передается целая клетка, в составе которой содержится и ДНК. Информации, содержащейся в целой клетке, значительно больше, нежели количество информации, содержащейся в органеллах или отдельных биомолекулах, входящих в состав клетки. Подводя итог, мы можем сказать, что изучение одного только ядерного генома не в состоянии дать полного описания всех свойств всей клетки в целом, а тем более целого многоклеточного организма. Изучение одного только ядерного генома не может объяснить ряд свойств самого этого генома, а тем более не может адекватно объяснить особенности целого организма.
Как уже было сказано, движение информации в биологических системах на молекулярном уровне происходит не только в известном направлении от ДНК -> к РНК -> к белкам -> к другим метаболитам клетки, но и в обратном направлении (см. пункт 4). Напомним:
1. Ещё в 1917 г. Плу в опытах на дрозофилах обнаружил зависимость частоты кроссинговера от температуры, возраста, химических и физических воздействий [25].
2. Экспериментально прямо показано, что у ряда растений генетические изменения вызываются окружающей средой [27].
3. Обнаружено изменение тонкой структуры хроматина под действием экологических факторов [28].
4. Открыт эффект появления нового структурного гена в зависимости от свойств окружающей среды [29].
Ко всему прочему:
5. Показана возможность наследования приобретенных эпигенетических вариаций [30].
В конечном счете, используя идею теоремы Геделя и учиты вая всеобщую взаимосвязь между различного вида организмами в природе и взаимосвязанными процессами метаболизма в них (например, многочисленные и многообразные генетические обмены [31], происходящие между всем живым на Земле), можно утверждать, что полнота описания наследственных свойств отдельного организма, помимо его генома и клеточных особенностей, определяется полнотой описания той экологической системы, куда этот организм входит как составной элемент. Как пишет Г. Саймон, муравей устроен просто - сложным его делает окружающая среда [107].
По Эшби генотип передает часть своего контроля над организмом внешней среде, т.е. фактически другим генотипам.
Таким образом, в рамках земной биосферы можно придти к следующему заключению:
Структурное и функциональное состояние генетического аппарата любого организма взаимно обусловлено состоянием структуры всей той экосистемы, в которую этот организм входит как составной элемент [99].
Т.е. в качестве дополнительного принципа системного подхода в биологии, используя идею теоремы Геделя, можно включить следующий:
«Для каждой мыслимой теории, подученной при изучении только определенной биологической системы, существуют свойства этой системы, не выразимые (не выражаемые) этой теорией». Как вообще свойства целого не сводимы к характеристикам его элементов. Фенотип не выводим полностью из генотипа.
См. также:
15. Одно и то же состояние системы может быть вызвано несколькими причинами
16
17. Многоповторяемость структур и биологических функций
18. Устойчивость биологической системы уменьшается при уменьшении функциональных связей между элементами системы
19. Принцип аналоговой редупликации
21. Гармония взаимосвязей на всех уровнях организации устойчивых биосистем
22. Единство всех типов химических связей в полимерах...
Основы математической обработки результатов исследований
...
Заключение
...
Обсудить на форуме
