Владимир Скулачев - Рассказы о биоэнергетике

• Название: Рассказы о биоэнергетике
• Автор: Владимир Скулачев
• Жанр: Биология
• Год: 1985

  О становлении и борьбе идей в биоэнергетике, о том, каким образом ученым удалось заглянуть в мир функционирующих белковых молекул, рассказывает автор — член-корреспондент Академии наук СССР.  

---

Статью об истории биоэнергетики Ракер назвал «От Пастера до Митчела». О чем же говорит, что дает эта история? В общем, то же, что и анализ развития любой другой науки. Сначала накопление фактов, затем догадка о закономерности, призванной их упорядочить и объяснить, всеобщее отрицание новой гипотезы, затем открытие новых предсказанных ею фактов и как результат принятие гипотезы, после чего она именуется уже теорией или законом.

За последние полвека в нашей области было несколько подобных периодов, связанных с именами, таких первооткрывателей, как Ломан и Липман (АТФ и его роль в энергетике), Энгельгардт (дыхательное фосфорилирование и АТФаза миозина), Кребс (цикл карбоновых кислот) и, наконец, Митчел (протонный цикл).

Ароморфозы в науке и «комплекс Герострата»

Наш замечательный биолог-эволюционист академик А. Северцов, анализируя историю возникновения современных организмов, ввел понятие ароморфоза. Ароморфоз - это такое изменение структуры живого существа, которое позволяет ему захватить новый обширный ареал. Выход водных позвоночных на сушу, то есть переход от рыб к земноводным, или завоевание воздушного океана с появлением птиц, — вот типичные примеры ароморфоза. За ароморфозом следуют другие структурные изменения, призванные обеспечить наилучшее приспособление к новой среде обитания и проникновение в ее специфические ниши. Эти явления Северцов назвал идиоадаптацией. За ароморфозом всегда следует множество идиоадаптаций, одна из которых в конце концов может оказаться предтечей нового ароморфоза.

Нечто подобное происходит и в эволюции научной мысли.. В этом смысле создание хемиосмотической гипотезы, приведшей к доказательству протонного цикла, можно сравнить с ароморфозом.

Следовательно, на вопрос, что предстоит биоэнергетике в ближайшем будущем, мы вправе ответить: разработка деталей новой теории, ее многочисленных следствий и конкретных вариантов, реализуемых различными типами биологических систем. И где-то на одном из этих путей нас ждет новый ароморфоз — прорыв на следующий горизонт знаний.

Таков, так сказать, долгосрочный прогноз. А пока мы имеем перед собой весь спектр явлений, сопутствующих успеху: резкий рост популярности победившей идеи в смежных областях науки и околонаучных сферах, появление моды на ранее гонимое направление, а также бесплодные попытки разрушить вновь созданный «интеллектуальный собор».

Эту последнюю тенденцию я бы назвал «комплексом Герострата». Прославиться тем, что ты сжег храм Артемиды Эфесской — вот ярчайший пример деяний честолюбца, не способного к созиданию. В науке такие люди, как правило, действуют вполне безнаказанно, окруженные ореолом смельчаков, бросивших вызов общепринятому мнению, и симпатиями вчерашних противников недавно победившей гипотезы. Иногда им удается прорваться на страницы центральных научных журналов, что порождает цепь ответных публикаций, которая вскоре пресекается ввиду бесплодности дискуссии.

В биологии «комплекс Герострата» может расцвести особенно пышно из-за сложности и огромного многообразия объектов исследования. Допустим, перед вами сообщение о новом, не виданном ранее штамме какой-нибудь экзотической бактерии, и автор утверждает, к примеру, что фотофосфорилирование в этом случае обходится без мембран и потому не может быть понято в рамках концепции протонного потенциала. Что это — прецедент, ниспровергающий, казалось бы, доказанную закономерность? Или, может быть, артефакт, а то и вовсе результат научной недобросовестности?

Так сразу на этот вопрос не ответишь, и, если редакция журнала решается отказать такому автору в публикации, он громко жалуется на несправедливость и «Митчелов терроризм».

Йоги и биоэнергетика

Успехи биоэнергетики породили моду на это слово, которое иногда стали применять в самых неожиданных и неподходящих случаях.

— Вы пойдете сегодня на лекцию о биоэнергетике? — спросил меня сотрудник Карадагской биостанции. — Читает заезжий специалист из Балашихи.

Биоэнергетика — моя специальность, и я в общем-то представляю себе, кто и где у нас занимается этой наукой. Но ни фамилия лектора, ни название подмосковного городка не вызвали никаких ассоциаций. Удивительно, как я упустил из виду своего балашихинского коллегу?

— А чем он занимается в биоэнергетике?

— Он йог.

Так вот в чем дело! Ситуация сразу прояснилась. Федот, да не тот!

И все же я пошел на лекцию, хотя заранее знал, что ее смысл будет так же далек от биоэнергетики, как полюс от солнечного Карадага.

В одной из комнат белого здания биостанции, где шум прибоя и свежий ветер врываются в открытые окна, собралось человек сорок, в основном, как и я, отпускники. Вышел лектор, пожилой, но еще очень бодрый загорелый человек. Из-под клочковатых бровей — пристальный взгляд гипнотизера или скорее даже проповедника. Да и лекция — не научный доклад, а проповедь о том, как пробудить тайные могучие силы, дремлющие в каждом из нас, направить по своей воле сгусток особой «биологической энергии» (вот она, биоэнергетика!) в любую часть нашего тела или даже за его пределы: к другим людям, животным или неодушевленным предметам.

И если в речи коллеги из Балашихи и были научные термины и логические построения, то они звучали как дань времени, когда все верное должно быть научно обосновано. И напрасно было спрашивать докладчика, как доказывается, например, его утверждение, что энергия солнца может прямо, без посредников, усваиваться человеческим организмом для пополнения «биологической энергии». В религии нужна вера, а не аргументы. Уже само стремление доказать ее догму - ересь.

Глядя на лица слушателей, я поймал себя на мысли, что большинство этих людей пришло сюда за верой. Атеизм требует от человека смелости. Ведь приходится жить с сознанием того, что некого просить о защите от игры слепого случая. Культ бога или живого кумира или хотя бы вера в знамения и приметы облегчает бремя страха перед случаем. Помогает создать удобную иллюзию, что исполнение нехитрого ритуала и соблюдение известных правил хотя бы отчасти защитит человека перед лицом внешнего мира, способного в миг уничтожить ваше благополучие, каким бы прочным оно ни казалось минутой раньше. В нашем обществе с его традиционным атеизмом любая религия, закамуфлированная под науку, имеет шанс найти свой круг приверженцев.

И раньше-то с йогой непросто было разобраться широкой публике. Религия? Философия? Или особая физкультура? А теперь оказывается еще и незаслуженно забытое направление науки, да такое, что претендует стать над современной физикой, биологией и медициной.

Однако назвать себя «сверхбиологами» или «сверхбиофизиками» проповедники не решаются: будет нескромно. «Парапсихологами»? Но приставка «пара» (около) несовместима с амбицией любого верования. Так как же определить эту загадочную сферу деятельности, где оперируют без ножа, исцеляют на расстоянии, поднимают предметы, не прикладая рук, и жестами заставляют распуститься бутоны цветов?

А что, если — «биоэнергетика», раз уж речь идет о некой особой форме энергии, присущей живым существам?

Простите, но место занято! Наука биоэнергетика уже есть.

Часть II. Биоэнергетические механизмы

Глава 1. Молекулярные электростанции

Биоэнергетические механизмы

Протонная АТФ-синтетаза

Одна из совершенно новых задач, поставленных теорией протонного потенциала, — это выяснение вопроса о том, как устроены белки — генераторы тока.

Такого типа белки играют ключевую роль в превращениях энергии мембранными системами клетки. Большинство из них представляют собой давно описанные ферменты: переносчики электронов по дыхательной и фотосинтетической цепям ферментов и мембранные АТФ-синтетазы. Хемиосмотическая гипотеза лишь выявила их биологическую функцию, ответив на вопрос, что происходит с энергией, выделяющейся при реакциях, катализируемых этими ферментами.

Биохимики, изучавшие такие ферменты задолго до Митчела, и не подозревали, что имеют дело с одним из самых поразительных изобретений живой природы — молекулярными электростанциями. После утверждения новой теории они с досадой обнаружили, что оказались в положении мольеровского героя, который не знал, что всю жизнь говорит прозой.

Однако сам факт, что ферменты дыхания, фотосинтеза, а также определенные АТФ-синтетазы играют роль генераторов тока, еще ничего не может сказать о механизме их действия. А ведь тут есть чему удивиться и над чем задуматься. По существу, перед нами действительно миниатюрные электростанции молекулярных размеров. Толщина мембраны, куда встроен белок-генератор, около 70 ангстрем, или 7 миллионных долей миллиметра. В мембрану вмонтирована молекула белка, причем сделано это таким образом, что противоположные концы белковой молекулы выходят на поверхность мембраны с двух разных сторон. Например, протонная АТФ-синтетаза состоит из двух частей: грибовидного выроста, который смотрит в воду внутрь митохондрий, и цилиндра, пронизывающего толщу мембраны. Основание цилиндра прикреплено к грибовидному выросту, а его верхняя часть вынесена на другую сторону мембраны, то есть в воду, находящуюся снаружи митохондрий.