Физика в биологии и медицине

Реальность квантовой Вселенной была наглядно продемонстрирована человечеству 6 августа 1945 года. Бомба, сброшенная в этот день на Хиросиму, показала огромную мощь прикладной квантовой теории и громогласно объявила о наступлении атомного века. Если же говорить о более полезных вещах, именно квантовая физика сделала возможными такие электронные чудеса, как телевидение, вычислительная техника, компьютерная томография, лазеры, космические корабли и мобильные телефоны. Ну а что взяли у квантовой физики биология и медицина? Да в общем-то ничего существенного.

Ратуя за квантовомеханический подход в биологии и медицине, я никоим образом не выступаю за то, чтобы эти науки отбросили прочь все то, чего они достигли благодаря Исааку Ньютону. Законы квантовой механики ни в коей мере не опровергают классическую физику. Планеты, как и раньше, движутся по траекториям, предсказанным ньютоновской математикой. Разница лишь в том, что квантовая механика описывает мир атомов и молекул, тогда как законы Ньютона применимы к более высоким уровням организации, например к человеку в целом и к группам людей. Такая болезнь, как рак, имеет вполне макроскопические проявления — опухоль. В то же время процессы, спровоцировавшие эту опухоль, инициируются на молекулярном уровне, в клетках. Именно там и начинаются все болезни (если не считать физические травмы). Это значит, нам необходима биология, которая объединила бы квантовую и ньютоновскую механику.

О необходимости такого объединения говорили многие биологи-провидцы. Более сорока лет назад нобелевский лауреат, прославленный физиолог Альберт СентДьёрди издал книгу, озаглавленную «Введение в субмолекулярную биологию» [SzentGyorgyi 1960]. Это была благородная попытка рассказать сообществу медиков и биологов о важности квантовомеханического подхода к биологическим системам. Увы, как ни прискорбно, придерживавшиеся традиционных взглядов коллеги Сент-Дьёрди сочли его книгу старческим бредом некогда блестящего ученого.

Большинству биологов нет дела до книги Сент-Дьёрди до сих пор. Однако рано или поздно им придется обратить на нее внимание — напор все новых и новых результатов исследований грозит обрушить плотину прежней научной парадигмы. Мы уже говорили о белковых молекулах. Попытки ученых описать их движения, опираясь на принципы ньютоновской физики, оказались безуспешными. Мне кажется, вы уже догадались, в чем тут дело. И вправду, В. Попхристич и Л. Гудмен в статье, опубликованной в 2001 году в журнале «Нэйчур», показали, что движения белковых молекул подчинены не ньютоновским, а квантовым законам [Pophristic and Goodman 2001]. Комментируя в том же журнале эту статью, биофизик Ф. Уэйнхолд задал риторический вопрос: «Когда же наконец учебники химии будут служить подаюрьем, а не помехой для более глубокого, квантовомеханического подхода к изучению работы молекулярных "турникетов"?» И далее: «Какие силы заставляют молекулы изгибаться и складываться, принимая причудливые формы? Вы не найдете ответа на данный вопрос в своих учебниках органической химии» [Weinhold 2001]. Как замечает Уэйнхолд, этой науке предстоит взять на вооружение квантовую механику, иначе мы не поймем те молекулярные механизмы, которые являются истинным источником жизни.

Сотни и сотни научных исследований, проведенных за последние полвека, свидетельствуют о том, что волны — СВЧ-излучение, радиоволны, видимый свет, инфразвук, слышимый ухом звук и даже недавно обнаруженная сила, получившая название скалярной энергии, оказывают существенное влияние на все аспекты биологической регуляции; электромагнитное излучение той или иной частоты участвует в регуляции синтеза ДНК, РНК и белков, изменяет конфигурацию и функции белковых молекул, управляет генной регуляцией, делением и дифференциацией клеток, морфогенезом (процессом, вследствие которого клетки группируются в органы и ткани), гормональной секрецией, ростом и функционированием нервов. Революционные результаты этих исследований опубликованы в ведущих биологических и медипинских журналах, но до сих пор не вошли в программы подготовки студентов [Liboff 2004; Goodman and Blank 2002; Sivirz 2000; Jin, et al, 2000; Blackman, et al, 1993; Rosen 1992; Blank 1992; Tsong 1989; YenPatton, et al, 1988].

Огромное научное значение имеет выполненная сорок лет назад работа биофизика из Оксфордского университета К. Макклэра. Он сравнил эффективность энергоинформационного обмена и обмена информацией посредством химических сигналов. В своей статье «Резонанс в биоэнергетике», опубликованной в «Ежегоднике Нью-Йоркской Академии наук», Макклэр показывает, что энергетические сигнальные механизмы, такие, как высокочастотные электромагнитные колебания, передают информацию, поступающую из окружающей среды, в сто раз эффективней, чем такие вещественные сигналы, как гормоны, нейротрансмиттеры, факторы роста и т. д. [McClare 1974]. В этом нет ничего удивительного, ведь биохимический способ передачи информации чрезвычайно энергозатратен — при установлении и разрыве химических связей большая часть запасенной в молекулах энергии превращается в тепло и на передачу информации ее остается совсем немного.

Мы знаем: для того, чтобы выжить, организмам необходимо получать и интерпретировать сигналы окружающей среды. При этом вероятность выживания обусловлена скоростью передачи информации. Скорость распространения электромагнитного сигнала составляет 300 ООО километров в секунду, тогда как скорость диффузии химических веществ гораздо меньше одного сантиметра в секунду. Как вы думаете, какой из этих двух способов передачи информации предпочитает триллионное клеточное сообщество вашего организма? Это же простая арифметика!