11
Главная идея: ДНК — это текст, а не набор генов.
В этой макромолекуле текст записан молекулярными буквами, и это очень большая программа. Текст ДНК человека — это десять тысяч томов молекулярного текста, и этот молекулярный текст разрешает получить не только эти замечательные, переносящие одиночные электроны энергетические структуры, но также все структуры каждого живого существа. Свой текст для каждого существа, для каждой травинки, для каждого дерева.
Молекулярный компьютер в клетке работает с системой ДНК, РНК и адресных белковых операторов. Он разрезает и сшивает эти молекулы в нужных местах по программе, записанной на ДНК, используя в процессе вычисления тепловое броуновское движение этих молекулярных структур (Либерман Е.А., 1972). Фактически Дж.Уотсон и Ф.Крик, открывшие структуру и основную функцию ДНК (Watson, Crick, 1953), получили первое научное доказательство существования Бога. Эти гигантские молекулярные тексты мог написать только разумный конструктор.
Нужно понимать, что количество информации на разных участках ДНК зависит только от длины этих участков, а не от разнообразия входящих в них нуклеотидов. С помощью перебора можно получить только короткие тексты ДНК и РНК. Если бы случайный перебор ДНК шел во всей Вселенной, плотно заполненной клетками, а мутации происходили бы каждые 10⁻¹² секунды, то за все время существования Вселенной (согласно современной физике) можно было бы получить нужный текст ДНК длиной всего в 400 нуклеотидов.
В живых клетках действительно есть фермент, который ведет случайный перебор полинуклеотидов РНК, синтезируя их из дифосфатов без затраты свободной энергии (Grunberg-Manago et al., 1956).
М. Н. Вайнцвайг и я доказали универсальность такого стохастического компьютера (Вайнцвайг М.Н. и Либерман Е.А., 1973). Доказательство состояло в сравнении придуманного нами стохастического языка с языком нормального алгоритма Маркова. Математики считают этот алгоритм универсальной вычислительной машиной, эквивалентной машине Тьюринга. Эта работа вызвала ненужный ажиотаж в надежде сделать на ДНК компьютер для генералов. Нужно понимать, что язык нормального алгоритма Маркова использует существующие только в умах математиков слова любой длины. В реальном мире длина ДНК ограничена, прежде всего, из-за теплового движения молекул.
Молекулярный компьютер в живых клетках действительно преобразует ДНК и похож на стохастический компьютер. Нам удалось предсказать эти опасные достижения современной молекулярной биологии. Теперь мы начинаем понимать, что формулы математической физики, о которых всегда думали, что это закон природы, на самом деле не содержат сведений, каким образом производить реальное вычисление.
Поэтому именно тексты ДНК являются законами природы, в эти тексты вложено знание о том, что существенно не только влияние измерения, но и влияние вычисления.
В статье 1972г. о молекулярном компьютере было введено понятие цены действия за вычисление. В физике действие для равномерного и прямолинейного движения это произведение энергии на время. Во всех других случаях это очень сложная величина, за гранью понимания нормального человека. Цена действия для компьютера выражается произведением энергии, затраченной на одну операцию, на время, затраченное на эту операцию. Цена действия — понятная величина, у молекулярного компьютера она равна примерно 1013 h.
Развитие генной инженерии показало, что именно такой шумовой молекулярный компьютер управляет живыми клетками. Первым оценил идею молекулярного компьютера Андрей Дмитриевич Сахаров, с которым я познакомился в столовой для академиков. (В эту столовую устроил меня мой личный благодетель академик Юрий Анатольевич Овчинников.) Андрей Дмитриевич задал мне несколько вопросов, на которые у меня не было ответа. Второй раз я пытался рассказать ему про новую науку после его возвращения из ссылки, но тогда, к сожалению, он уже был занят политикой и сказал мне только, что науку без формул он не понимает.
Молекулярные компьютеры нейронов
После того как стало ясно, что работу молекулярного компьютера с помощью экспериментов с ДНК и РНК изучать в то время в СССР было невозможно, Светлана Владимировна Минина и я попытались проверить, не участвуют ли молекулярные компьютеры нейронов в работе мозга (Либерман Е.А. и др., 1975).
Идея была простой: однобуквенное слово РНК–цАМФ должно отвечать за основную функцию нейрона за передачу сообщений другим нейронам и органам. Опыты с внутринейронной инъекцией ставились на нейронах виноградной улитки. В них можно вводить через микропипетки вещества и измерять генерируемые нейроном импульсы. Опыты показали, что инъекция цАМФ вызывает генераторный потенциал (рис.4).
12
В результате этих работ удалось понять, что стоящие перед мозгом задачи решаются не сетью нейронов — сумматоров электрических возбуждений, а сетью внутринейронных компьютеров. Изучение механизма действия цАМФ показало, что цАМФ управляет системой, которая расставляет во времени нервные импульсы в аксоне. Деполяризация мембраны нейрона, вызванная инъекцией цАМФ, отличается от деполяризации, наблюдаемой в аксонах. В аксонах деполяризация обычно связана с увеличением проницаемости для ионов натрия и поэтому всегда сопровождается увеличением проводимости мембраны. К нашему удивлению, когда деполяризация вызывалась цАМФ, сопротивление мембраны тела нейрона практически не изменялось. Оказалось, что цАМФ вызывает не только увеличение проницаемости для натрия, но и одновременное уменьшение проницаемости для калия. Позже мы поняли, что цАМФ управляет временем нахождения в открытом состоянии выходных натриевых и калиевых каналов. Интересно, что при инъекции большого количества цАМФ закрываются почти все калиевые каналы, создающие на мембране разность потенциалов в покое.
Рис. 4. Генераторный потенциал, вызванный инъекцией цАМФ.
Возникновение хаиматики
К нашей работе присоединились Никита Шкловский-Корди и Геннадий Миронович Журавель. Они разработали новую установку, и мы стали производить инъекцию цАМФ не только ионофорезом, но и с помощью коротких импульсов давления. Именно это, как я теперь понимаю, привело к возникновению Хаиматики, к формулированию ее первого принципа и его экспериментального подтверждения (Рис.5) (Liberman et al., 1985).
Рис. 5. Инъекция цАМФ, произведенная с помощью коротких импульсов давления.
Вслед за инъекцией коротким импульсом давления цАМФ мы таким же импульсом производили инъекцию воды и разных растворов, в том числе и АТФ, которые, естественно, в отличие от цАМФ, не вызывали генераторного потенциала (Рис.5a). Однако, к нашему удивлению, когда мы увеличивали длительность импульса давления, а следовательно, и объем вводимой жидкости, раздувание складчатой мембраны нейрона приводило к многократному появлению генераторного потенциала (Рис.5b). Я понял, что этот эффект может быть связан только с тем, что выходными ионными каналами мембраны тела нейрона управляет цитоскелет.
Молекулярный волновой регулятор
Молекулярный компьютер нейронов медленный и мало подходит для решения физических задач, стоящих перед живыми существами, чтобы они могли бегать, плавать и летать. Такие задачи мог бы решать молекулярный волновой регулятор, использующий цитоскелет в качестве вычисляющей среды. Поскольку элементы внутриклеточной вычисляющей среды имеют молекулярные размеры, электромагнитные волны не годятся, так как волны с длиной волны порядка 100-1000 Å разрушают молекулярные структуры. Единственным подходящим носителем является гиперзвук с частотой 109-1011 Гц.
13
“Хаим” означает “жизнь”
Сдали в журнал “Биофизика” работу (Либерман Е.А., 1983). Статью надолго задержали. Рецензент, наш замечательный физик-теоретик, справедливо утверждал, что существование КМР (квантового молекулярного регулятора) противоречит физике. Одновременно мы решили послать статью под названием “Хаиматика” за границу. Я уже побывал в США с делегацией примирения, наши статьи свободно печатались за границей, но разрешения на отправку статьи мы не получили. Я пошел выяснять, в чем дело, к академику Баеву, который заведовал тогда этой службой в АН СССР. Он как раз вернулся из сталинских лагерей, где был изрядно покалечен. Академик сказал мне:
“Я не пропущу статью, потому что ты хочешь прославить свое имя”. Я очень удивился и сказал: “Вы же знаете, что меня зовут Ефим”. “Не притворяйся, — сказал академик, — что не знаешь, что таким образом твои родители скрыли твое настоящее еврейское имя — Хаим”. Ему было известно то, чего я тогда не знал. Первоначальный смысл названия науки сохранился только в статье, которую написал мой американский друг Майкл Конрад (Conrad and Liberman, 1982).
Я поинтересовался, что означает слово “хаим” на иврите и узнал, что “хаим” — это “жизнь”, и название науки получило настоящий смысл.
Позже, когда мои дети учились в еврейской школе, я, вмести с ними, прочитал в Торе, что антисемиты — потомки народа Амалека, и понял, что это генетическая болезнь. Ошибка в тексте ДНК, возникшая из-за кровосмешения. Думаю, что ее можно обнаружить методами современной молекулярной биологии.
хаиматика
хаиматика
Итогом жизни в науке стало установление связей между биологией, физикой, математикой и новая область исследования, посвященная вычислениям в живых системах. Ефим Либерман дал имя новой науке: «Хаиматика»
I
ДНК – это текст программы для молекулярных компьютеров клеток. «Текст» по определению не случайная последовательность знаков и может существовать только внутри языковой системы. В данном случае это генетический язык, изоморфный естественному языку
II
Вычисление в живой клетке является реальным физическим действием и требует затрат свободной энергии и времени. Поскольку все живые организмы состоят из клеток, это относится ко всему управлению, которое осуществляется в биосфере
III
Молекулярные вычисления ограничены микроскопическим объемом клетки и принципиальной возможностью влияния вычисления на условия решаемой задачи: квантовая механика возникла из осознания реальности измерения, Хаиматика - из реальности вычисления
IV
Для решения сложных задач клетка создает устройство квантового вычисления, использующего кванты гиперзвука и клеточный цитоскелет, как вычисляющую среду. Цена вычисления в таком компьютере стремится к физическому пределу – постоянной Планка
Утверждения Хаиматики просты, но они требуют изменения традиционных представлений, принятых в научной практике
Читать книгу
Глава I
Как все начиналось
хаиматика