Цитологические основы субъектно-физиологического состояния организма и психики

Субъектно-физиологическое состояние - способность организма соотносить свой гомеостаз с явлениями внешней среды. То есть, способность организма оценивать свое физиологическое состояние, и уже на основании этого целостного соотнесения-оценки разворачивать свою активность в контексте адаптации к внешним условиям обитания.

Выводы делаются на основании рассмотрения классического митоза соматических клеток, при этом подчеркивается особое значение профазы как условия компактизации хромосом и телофазы как условия декомпактизации хромосом в новых цитогенетических условиях.

В статье выдвигается гипотеза о значении "узловых" клеточных циклов в формировании "фактора нормы", как условия субъектности организма: Генерация клеток генетически соответствующая определенному порядку деления от зиготы фиксирует как "фактор нормы" на уровне компактизации хромосом те межклеточные условия, в которых эти клетки претерпевают митоз. Такая фиксация на уровне организма приводит к возникновению в разных органах и тканях общих клеточных "генеративных поколений" объединенных единым для этой генерации "фактором нормы". Наличие в организме различных "генеративных поколений", с соответствующими "факторами нормы", становится органической основой субъектно-физиологического состояния организма.

"Факторы нормы" генеративных поколений клеток, фиксированные в этих соматических клетках на уровне компактизации хромосом, становятся органической основой и мерой в оценке организмом своего текущего состояния в конкретных условиях внешней среды. А именно, противоречия между «факторами нормы» предыдущих генеративных поколений и нейронными потенциалами в текущих условиях, ложатся в основу чувств (холода, боли, голода…).

Ключевые слова: поляризация макромолекул, нативная клетка, клеточные структуры, агрегатные состояния, неравновесные процессы, митоз, трансляция ДНК, ядерная мембрана, каскад включения генов, клеточный цикл, компактизация, «узловые» деления, генеративные пласты.

1. Поляризация макромолекул как условие натйвности живой клетки.

Одно и то же химическое вещество может находиться в одном из трех агрегатных состояний газообразном, жидком и твердом, каждое из этих состояний характеризуется степенью и особенностями взаимодействия между молекулами. Физические условия, характеризующие три различных агрегатных состояния вещества; выделены только для чистых веществ, тогда как фазовые отношения веществ в растворах и смесях, чаще всего, рассматриваются в рамках химического равновесия. С другой стороны, рассмотрение общих принципов протекания неравновесных процессов в растворах, с учетом степени и особенности взаимодействия между молекулами при фазовых переходах, позволяет выделить важные принципы организации живых организмов[1].

«Жизнь» можно рассмотреть как форму сопряженных неравновесных процессов, где в соответствии с химическим законом независимого насыщения одного объема различными веществами возникают растворы с разной концентрацией и плотностью – «коллоидные смеси». При постоянном насыщении этих растворов в одном и том же объеме, происходит устойчивое превращение одних химических соединений в другие с постоянным выделением продуктов реакции через фазовый переход в виде газа или не растворяющихся осадков. Можно сказать, что в основе роста и деления живых клеток лежит потребление веществ в растворенной форме и осаждение, их кристаллизация, или их коагуляция в форме органелл и других клеточных структур.

Качественно новый уровень поляризации растворов связан с растворением органических соединений, где гидрофильные и гидрофобные радикалы задают поляризационную структуру раствора характерную третичной структуре растворенной органической молекулы. Растворенные органические соединения вступают во взаимодействие друг с другом в соответствии с этой третичной структурой, что в объеме проявляется как «лиофильный коллоид». Следует отметить, что внутреннее содержимое живого организма, клетки и тем более ядра, не следует представлять себе как просто физиологический раствор с плавающими в нем органеллами. Нативная третичная структура органических соединений лежит в основе живых организмов, где различные по структуре полимерные молекулы вступают в сложные иерархезированные отношения, обеспечивая устойчивое протекание неравновесных процессов. В клетках организма иерархия поляризации от нуклеиновых кислот до липидной оболочки обеспечивает ее целостность и сложную структуру потребления и развития. Целостность проявляется в том, что изменения поляризации в одной части клетки оказывают влияние на всю структуру поляризации клетки (и даже ткани, например, при проведении нервного импульса).

Целостная нативная клеточная структура, возникающая в результате полимеризации нуклеиновых кислот и аминокислот в процессе трансляции, задает специфичную для данного типа клеток целостную поляризованную систему, где каждая молекула располагается в соответствие со своим электромагнитным потенциалом.

2. Митоз как фазовый переход и его значение в трансляции ДНК.

Процесс развития целостного организма принято рассматривать в связи с поэтапным включением генов в стволовых клетках, приводящих к формированию специфических клеточных образований (тканей и органов). Ведущую роль в организации порядка считывания генетической информации уделяется регуляторным белкам. При этом «каскад» включения генов не всегда удается рассмотреть в соответствии нативной клеточной структурой и особенностями клеточного цикла.

Основным этапом клеточного цикла, в котором обычно находятся клетки, является интерфаза, именно в связи с этой стадией проводятся основное количество биохимических и генетических исследований. Именно в интерфазе проходит трансляция генетического материала и разворачиваются основные биохимические процессы в цитоплазме и ядре. Митоз, представленный стадиями профазы, метафазы, анафазы и телофазы протекает относительно быстро, на этих стадиях практически отсутствует трансляция, на фоне пониженной биохимической активности наблюдаются структурные изменения клетки, приводящие к ее делению.

Но в контексте организации «каскада генов» собственно сам митоз играет важную роль:

Если рассматривать деление клетки в контексте фазовых переходов, то состояние генома на стадиях от профазы до анафазы в виде визуально наблюдаемых хроматид, можно отнести к твердой (кристаллической) фазе. Процесс спирализации и компактизации хромосом начинается в профазе в соответствии с условиями структурной поляризации ядра. Но к концу профазы ядерная мембрана распадается и происходит структурное объединение клетки[2]. Структурное объединение приводит не просто к смешению цитоплазмы и ядра, но и созданию единого поляризованного, нативного поля клетки. Дальнейший митоз проходит в соответствии с напряжениями в этом едином поляризованном пространстве клетки. В митозе мы можем видеть, как полученные в интерфазе скрытые кинетические напряжения (между ядром и цитоплазмой) в структуре поляризации клетки, приобретают свое динамическое воплощение. Что проявляется в расположении хромосом по экватору на стадии метафазы и расхождении их к полюсам на стадиях анафазы.

С другой стороны, на стадии телофазы после деления происходит обратный переход хроматид в коллоидную фазу, при этом сам переход имеет определенную специфику «растворения» хромосомных структур, что может определять в дальнейшем порядок трансляции и-ДНК. Важную роль в порядке «растворения» и трансляции ДНК имеет структура самого растворителя, то есть, то новое ядерное пространство, возникшее в результате объединения ядра и цитоплазмы на стадии профазы, со всем набором органических структур (не только регуляторных белков) синтезированных на предыдущих стадиях развития и оставшихся в дочернем ядре.

Митоз являются наглядным проявлением кардинального изменения поляризации структуры нативной клетки. После деления клетки трансляция ДНК начинается заново, и вопрос о том будут ли в дочерних клетках транслироваться те же самые гены, что и до деления, остается слабо изученным. То есть, значение деления как условия организации каскада генов, наряду с работой регуляторных белков из предыдущих циклов, требует дополнительного анализа.

3. «Узловые» клеточные циклы в специализации стволовых клеток.

Весь процесс развития насекомых строго привязан к количеству и качеству прохождения клетками клеточных циклов, то есть каждая клетка дифференцированного организма проходит определенное количество ядерно-клеточных делений и функционирует в соответствии с определенной стадией клеточного цикла. На уровне целостного организма это проявляется в строго определенном количестве дифференцированных клеток соответствующих тому или иному органу у представителей одного вида. Такая генетически предопределенная система регуляции клеточных циклов, определяющая их количество и скорость прохождения отдельных стадий каждого из этих циклов, привязана к развитию целостного организма, к этапам линек и метаморфозов. Косвенно это может быть связанно с наличием экзоскелета ограничивающие размеры тела животного.

Понимание того, что развертывание единого генетического материала - каскад генов, зависит от количества клеточных делений, может помочь нам раскрыть особенности разовой специализации клеток у членистоногих, но не дает нам ответа на то, что же определяет постоянную функционально клеточную специализацию в организме на уровне тканей и органов у позвоночных. Что является условием постоянного возобновления клеточного состава отдельных органов, определяет направление и порядок считывания генов в клетках различных тканей и органов у позвоночных?

В процессе развития многоклеточного организма позвоночных программа развития, заложенная в едином геноме, претерпевает устойчивые изменения, способствующие формированию конкретных тканей и органов. То есть, на определенных этапах развития (клеточных циклах) сам каскад генов разделяется на насколько независимых друг от друга потоков специализированного деления.

В процессе развития целостного организма, клетки прошедшие определенный этап клеточного деления, своей жизнедеятельностью оказывают влияние на клетки, находящиеся на более ранних этапах специализации. Наиболее ярко это проявляется в эмбриогенезе при взаимном влиянии зародышевых листков. В результате целостный организм дифференцируется на уровне отдельных тканей и органов. При этом в каждой ткани сохраняются малодифференцированные (стволовые) клетки отвечающие за восполнение клеточного состава организма в течении его жизни.

Рассматривая восполнение клеточного состава у позвоночных, можно сказать, что интермедиаторы, однажды синтезированные и находящиеся в межклеточном пространстве, при достижении клеткой определенного этапа деления взаимодействуют с ней и задают направление её специализации.

В отличие от насекомых количество клеток в тканях и органах позвоночных не ограничено, у позвоночных, в отличие от насекомых, существует процесс постоянного восполнения отмирающих клеток, тогда как у насекомых этот процесс проявляется организованно в метаморфозах.

С другой стороны, клетки в процессе своего развития ассимилируют питательные продукты из внешней среды и продукты секреции других клеток своего организма в соответствии с общим для всех клеток геномом так, что, изменяют свою внутреннюю биохимическую активность, вплоть до синтеза специфичных клеточных структур характерных определенным тканям. На уровне всего организма такая клеточная специфичность тканей воспринимается как фенотип.

Исходя из этого положения, можно подумать, что формирование единообразного фенотипа отдельной особи является не столько результатом развертывания общего для всех клеток генома, а скорее результатом тканеспецифического отклонения от этой генетически заложенной информации. В результате такого аккамадационного отклонения и тканеспецифичной специализации основная часть соматических клеток постепенно теряет способность к генерации, а фенотип отдельной особи вида в каждый момент рассмотрения представляется совокупностью отмирающих клеток.

Клеточные деления, на которых клетка созревает и становится сенситивной (приобретает генетически обусловленную чувствительность) к внешним факторам в контексте своей специализации, можно обозначить как «узловые». Можно предположить, что для специализации различных тканей и органов существуют свои «узловые» этапы клеточных делений.

В процессе развития ни одна специализированная клетка организма не может поменять своей специализации, более того по мере специализации клетки теряют способность к делению и возобновление специализированных клеток в тканях происходит за счет не дифференцированных - стволовых клеток.

«Узловые» этапы клеточных делений, характеризуемые высокой чувствительностью к эпигенетическим факторам, способствуют изменению структуры клетки вплоть до изменения компактизации хромосом в следующих клеточных циклах[3].

4. Устойчивость генома к внешним воздействиям.

В ряду клеточных делений можно обратить внимание не только на изменение структуры поляризации цитоплазмы, синтез специализированных клеточных структур, но и на качественное изменение особенностей поляризации ядра и хромосом (вплоть до его полного исчезновения в эритроцитах).

Учет особенностей протекания клеточного цикла в соответствии с принципами поляризации нативной клетки, раскрывают исключительную устойчивость генома к эпигенетическим факторам, ограниченность прямого воздействия эпигенетических факторов на трансляцию генов.

На стадии интерфазы, хромосомы находящиеся в поляризованной структуре ядра окружены еще и поляризованной структурой цитоплазмы и прежде чем внешний эпигенетический фактор приведет к изменению в структуре хромосом ему нужно изменить структуру цитоплазмы, затем структуру ядра, а уж потом оказать непосредственное влияние на структуру хромосомы. Это возможно при генетической готовности клетки испытать данное эпигенетическое воздействие (или при полном разрушении целостности клетки и ее гибели).

Кроме ограниченности непосредственного воздействия эпигенетических факторов на структуру хромосом, ограниченно и влияние на структуру хромосом продуктами собственной трансляции клетки. В интерфазе вновь синтезированные продукты трансляции находятся преимущественно в цитоплазме, их активная миграция в ядро, а тем более изменение ими структуры транслирующих их же хромосом возможна для ограниченного типа продуктов (собственно регуляторных белков). Тогда как основная часть продуктов трансляции никакого влияния на структуру хромосом в этой интерфазе не оказывает.

С другой стороны, с учетом фазовых переходов митоза: Влияние продуктов трансляции на конденсацию хромосом ограниченно и при первом после синтеза продуктов клеточном делении. А именно: К моменту разрушения ядерной оболочки в профазе и созданию нового поля поляризации клетки, когда у продуктов возникает возможность повлиять на структуру хромосом, хромосомы уже конденсированы. Реальная возможность основной части продуктов трансляции этого цикла повлиять на общую первичную структуру хромосом возникает только через митоз, в профазе через поколение.

Иными словами, мы считаем, что качественные изменения в структуре генома характеризующие узко специализированные ткани являются продуктом не просто влияния регуляторных белков, а в первую очередь результатом структурного изменения поляризации в ряду клеточных циклов.

5. Влияние общего гуморального фона на «узловые» циклы специализации клеток, как условие фиксации «нормы» физиологического состояния.

Учитывая то, что восполнение клеток организма позвоночных происходит постоянно, то в любом организме, в каждый момент времени, существуют клетки претерпевающие «узловые» деления, они принадлежат к одному генеративному поколению, объединенному общим «гуморальным фоном».

Если допустить, что в «узловые» этапы клеточной специализации - в структуре клетки фиксируется гуморальный фон характеризующий общее состояние организма на момент деления клеток, то вся совокупность клеток в данный момент проходящая «узловые» деления будет представлена определенным «генеративными пластом клеток». Иными словами клетки одного «генеративного пласта», в этапы «узловых» делений получают общую гуморальную «историю». Эта общая гуморальная «история» для данной совокупности клеток становиться «нормой» физиологического состояния всего организма.

Таким образом, развитие организмов с постоянно восполняющимся клеточным составом можно рассматривать не только как форму развертывания генетического материала, но и как постоянную фиксацию на уровне «генеративных пластов» информации индивидуального плана.

Фиксация текущего гомеостаза, как «состояния» на этапах узлового деления клетки как нормы, делает принципиально возможной общую оценку субъектом (самим организмом) своего состояния. Клеточные генерации, объединенные общей нормой, становятся критериями оценки этого субъектно-физиологического состояния.

Например, влияние таких болезнегенных факторов (в частности алкоголь и наркотики), специфично изменяющих гуморальный фон организма способствует возникновению в организме больного, особых генеративных пластов клеток, для которых «болезнь» становиться нормой компактизации. Иными словами, в состоянии болезни продолжается специализация стволовых клеток, и на узловых этапах деления клетки различных тканей фиксируют общее болезненное состояние организма как «норму». Такая фиксация в генеративных пластах болезненного состояния как нормы становиться основой физиологической зависимости.

Зависимость от специфичной компактизации генеративных пластов распространяется и на развитие болезни имеющий эндогенный характер. То есть, даже при медицинской купации источника воспаления, в организме сохраняются генеративные пласты клеток способствующие восстановлению болезненного состояния у пациента. Возможно, это проявляется в различных формах осложнений после вирусных заболеваний. Аналогичную ситуацию можно наблюдать в протекании онкогенных заболеваний. Уничтожив клетки злокачественной опухоли, память о состоянии «болезненной нормы» остается на уровне делившихся во время активного протекания болезни клеток. Без подавления активности таких «пластов клеток» невозможно предотвратить рецидив развития опухолевых образований.

В широком смысле, зависимость на уровне генеративных пластов определяется не только болезнетворными факторами. В качестве естественных факторов вызывающих зависимость можно рассматривать особенности питания, климатические и социально-психологические факторы. То есть, если в течении продолжительного времени организм получал строго определенный рацион питательных веществ, то при резком переходе на качественно другой рацион питания это проявиться в болезненных симптомах, стрессе. В случаях, когда общий гуморальный фон резко изменяется и выходит за рамки общей нормы для основной части клеточных генераций организм в целом испытывает дискомфорт. Этот дискомфорт может проявляться в таких формах как «голод», «холод», «боль» и т.д.

6. Текущее субъектное состояние и второй тип ситуации. Оценка своего внутреннего физиологического состояния как основа субъектности.

Традиционно принято рассматривать развитие и адаптацию живого организма в соответствии с выделяемыми в этом организме системами: нервной, гормональной и иммунной, пищеварительной, дыхательной и кровеносной…. В соответствии с изучением этих систем развиваются целые научные направления исследований. В каждом из этих направлений исследований достигнуты определенные успехи. При этом рассмотрение генеративных пластов с общей «нормой компактизации» в соматических клетках, принадлежащих к различным органам и тканям, играет важное интегрирующее значение в контексте развития этого целостного организма.

Например, изменение поляризации клеточных потенциалов на мембранах в клетках нервной системы является «горизонтальной» физиологической основой операторной памяти в текущей ситуации адаптации. Тогда как физиологической основой долговременной памяти могут быть «вертикальные» структурные параллели клеток нервной системы с особенностями соматических клеток других органов и тканей принадлежащих одному генеративному пласту. Иными словами, физиологическим основанием в протекании нервных импульсов в бодрствующем состоянии является не просто группа пространственно обособленных специализированных нейронов, но и группы клеток с общей «нормой компактизации» находящиеся в различных частях тела и тканях животного.

В бодрствующем состоянии основная функция нервной системы направлена на развертывание отношений с внешним миром. Тогда как во сне в качестве источников индуктивного возбуждения выступают преимущественно пространственно локальные группы клеток мозга, сохраняющие наибольший остаточный потенциал в емкости клеточных мембран, между компактизацией хроматина и клеточным интермедиальным балансом цитоплазмы[4].

У насекомых со строго определенным клеточным циклом все особенности поведения заложены на уровне инстинктов и у них не возникает потребности в ориентировке на свое внутреннее состояние для реализации поведенческой стратегии. Для позвоночных оценка своего внутреннего физиологического состояния является необходимым условием выживания.

Например, способность насекомых приспосабливаться к изменению температуры окружающей среды связана с получением из внешней среды строго определенных сигналов, запускающих определенную стратегию поведения. Тогда как поведение крокодила разворачивается через оценку своего внутреннего состояния: если он достаточно «сыт»[5] , то может позволить себе полежать в «холодке». Способность позвоночных оценивать свое внутреннее состояние (как «сытое», «замерзающее», и пр.) в контексте организации поведения в конкретных условиях внешней среды является необходимым условием развития психики животного. Благодаря этой оценке своего внутреннего потребностного состояния (гомеостаза организма) возникает интегрированная мотивация к реализации того или иного действия в текущей ситуации.

Иными словами, учет[6] особенностей поляризации клеток в контексте клеточного цикла является необходимым условием развития индивидуальной активности организма позвоночных. У позвоночных в отличие от беспозвоночных существование целостного внутреннего субъектно-физиологического состояния является основой организации поведения на уровне приобретенных навыков.

---------------------------

[1] Фазовый переход является основным предметом изучения «Коллоидной химии».

[2] У насекомых наблюдается поимущественно иной принцип клеточного цикла, клетки обычно делятся без растворения ядерной мембраны (например, в эмбрионе), что обуславливает их высокую устойчивость к эпигенетическим факторам.

[3] Объединение ядра и цитоплазмы в профазе после эпигенетического влияния интермедиаторов может определять особенности соматического спаривания гомологичных хромосом в клетках головного мозга человека (Юров И.Ю. и др.).

[4] В онтогенетическом плане эти группы клеток могут иметь более древнюю норму компактизации, что в сновидениях человека может быть связано с образами прошлого.

[5] То есть, испытывает состояние в нашем понимании соответствующее состоянию сытости.

[6] «Учет», в первую очередь рассматривается, как внутренний механизм развития организма, и лишь во вторую, как приглашение читателя учитывать особенности поляризации в своей деятельности. То или иное понимание этого слова приводит к разному пониманию этого предложения, но оба эти понимания верны. Одно понимание имеет отношение к объекту биологии, а другое к организации биологического исследования.