Биологическое поле

Биологическое поле — концепция, введенная в рассмотрение советским биологом А. Г. Гурвичем для объяснения процессов эмбриогенеза и, в более общем контексте, биологического морфогенеза. Получила развитие в современных теоретических моделях морфогенеза под именем морфогенетического поля (morphogenetic field) . Следует отличать от понятия биополе, которое в работах Гурвича и в литературе по морфогенезу не используется.

История вопроса 
В начале прошлого века. молодой русский учёный А. Г. Гурвич, испытав «разочарование в исключительном применении экспериментального метода в механике развития» в ряде исследований, начиная с 1912 г., делает попытку «поставить её на совершенно новую основу, применением чисто аналитического метода» и формулирует принципы «эмбрионального поля». Много лет спустя, Гурвич признает, что «идея поля… была лишь более четким оформлением идеи Дриша, выраженной словами о том, что проспективная судьба элемента есть функция его положения в целом»

Первоначальная идея была довольно проста и естественна:

…если искомая, определяющая ход развития данного этапа функция имеет единственной независимой переменной координаты участвующих в нем элементов (например, клеток), то она является выражением поля, в том смысле, как это понятие употребляется в физике. Но проблемы раннего эмбрионального формообразования и сводятся по существу к передвижениям и перегруппировкам клеток. Поэтому исчерпывающее описание многих основных процессов эмбриогенеза может быть дано именно путём установления закона векторального поля, в котором эти процессы протекают

Положения теории поля изменялись автором в течение всей его жизни.

Так, в работах 1912—1920 гг. исходная концепция поля связывалась с понятием «динамически преформированной морфы» - силовой поверхности, ориентирующей и притягивающей клетки эмбриональных зачатков.

Принцип «эмбрионального поля» был сформулирован Гурвичем в 1921 г., а сам термин «поле» применительно к процессам эмбрионального развития появляется в работе 1922 г..

Коренному пересмотру, по словам самого Гурвича, первоначальная концепция поля подверглась после открытия в 1923 г. и последующего многолетнего изучения феномена «митогенетического излучения» (за что в 1941 г. А. Г. Гурвич получил Сталинскую премию).

В окончательном виде теория биологического поля сформулирована в монографии 1944 г.

Основные положения теории биологического поля 
Мотивацией к построению теории биологического поля стала неудовлетворённость Гурвича состоянием биологии в сравнении с другими основными научными дисциплинами — физикой и химией, а именно отсутствием системы специфичных для биологии понятий, составляющих её теоретический фундамент.

Концепции биологического поля автор попытался с самого начала придать «характер универсального биологического принципа, т.е…. рассматривать его как основу для будущей системы общей биологии». Это контрастирует с подходом американского биолога Пауля Вейсса (Paul Weiss), который независимо от Гурвича разрабатывал модель «морфогенетического поля». Гурвич никак не мог согласиться с точкой зрения П.Вейсса, который «впадая в противоречие сам с собой, утверждает, что понятие поля есть лишь сокращенная формулировка того, что мы наблюдаем, и что поэтому оно не имеет никакой ценности в смысле анализа и объяснения, но вместе с тем имеет большое значение, как удобное орудие описания».

Гурвич вводит понятие «клеточного поля», связанного с клетками развивающегося эмбриона.

Основные свойства этого поля:
 Поле порождается хроматином (лишь в его неравновесном состоянии), а его центр совпадает с центром клеточного ядра.
 Поле использует энергию, освобождающуюся при экзотермических химических реакциях для сообщения молекулам субстрата (белкам) упорядоченного направленного движения
 Объектом действия поля являются молекулы, точнее, неравновесные молекулярные ансамбли, названные Гурвичем «констелляциями»
 Клеточное поле носит векторный центробежный характер и анизотропно. Характер анизотропии определяет специфичность поля, а, следовательно, и клеток данного вида
 Поле непрерывно и преемственно, то есть при делении клеток делится и поле. Более того, «клеточное поле является единственной преформационной компонентой, то есть единственным реальным наследственным началом»
 Клетка создаёт вокруг себя поле. Область ощутимого действия поля выходит за пределы клетки в межклеточное пространство

В межклеточном пространстве существует синтезированное из клеточных полей поле целого (надклеточное поле), которое находится как векторная сумма полей клеток. Для практических целей Гурвич предлагает рассматривать эллипсоидальную анизотропию и гиперболический градиент поля. Поле целого непрерывно меняется вслед за перестройкой клеточной структуры эмбриона и в каждый конкретный момент мы имеем дело с «актуальным» полем, определяющим ближайшее развитие.

Считая поле безусловно материальным, Гурвич избегает предположений о его физической природе и говорит о возможности лишь формального постулирования связи источника поля с материальными частицами (хроматином клеточного ядра). Экспериментальным обоснованием существования поля Гурвич считает обнаруженное им митогенетическое (деградационное) излучение, которое в свою очередь означает существование неравновесных молекулярных констелляций. Эти констелляции и являются проявлением поля.

Значение теории биологического поля и её развитие в современных моделях морфогенеза 

Спустя много лет после выхода работы Гурвича по теории биологического поля, продолжают появляться публикации с обсуждением его теории как в популярной, так и в специальной научной литературе. Ссылки на его работы и обсуждение введённых им понятий можно найти в современных обзорах по теории морфогенеза.

Термин «биологическое поле» не используется в современной научной литературе. Отчасти потому, что и сам Гурвич использовал его скорее как общее понятие, «универсальный принцип» в построении теоретического фундамента биологии (этот подход не получил распространения в настоящее время). Конкретное содержание в его теории имеют понятия эмбриональное, клеточное, надклеточное (морфогенное), актуальное поле. И эти понятия во многом перекликаются с понятием «морфогенетического поля», теорию которого независимо от Гурвича развивал П.Вейсс. Именно этот термин и стал использоваться в дальнейшем в некоторых теоретических моделях морфогенеза, хотя содержание его существенно отличается в разных теориях (см. обсуждение в работах).

До сих пор нет единого мнения о том, насколько плодотворна концепция поля применительно к описанию процессов биологического морфогенеза.

Так, К.Уоддингтон (Waddington C.H.) считал, что это, по существу, лишь удобный способ описания:
 …биологи не смогли придумать ничего лучшего, как постулировать наличие морфогенетического поля, которое определяет облик образуемой структуры. Слово «поле», разумеется, представляет собой расплывчатое понятие. В его обычном смысле оно означает, что внутри участка развивающейся структуры действует какая-то сила (или простой ряд сил), правильно распределяющаяся в пространстве. В случае биологических явлений трудность заключается в том, чтобы определить что это за сила. …Мы знаем очень мало о материальной природе причинных агентов тех процессов, для объяснения которых мы употребляем термин «поле».

С ним не вполне согласен Б. Гудвин (Goodwin B.C.), который, фактически, разделял взгляды Гурвича:

 Один аспект поля состоит в том, что на него могут влиять электрические силы. Было обнаружено, что другие развивающиеся и регенерирующие организмы имеют интересную и значительную электрическую сеть, но я не хотел бы предположить, что морфогенетическое поле имеет по существу электрическую природу. Химические вещества также влияют на полярность и другие пространственные аспекты развивающихся организмов; но опять-таки я не хотел бы делать отсюда вывод, что морфогенетическое поле имеет по существу химическую или биохимическую природу. Мое убеждение состоит в том, что исследование этого поля должно проводиться при допущении, что оно имеет природу какую либо из упомянутых, или никакую из них, или все сразу; но я считаю, что, несмотря на агностицизм в отношении его материальной природы, оно играет главную роль в процессе развития

Предельно широко концепцию морфогенетических полей трактует Руперт Шелдрейк, который распространяет её на любые материальные системы (не только живые) и говорит о «химическом морфогенезе», атомных и молекулярных морфогенетических полях. Теория Шелдрейка неоднозначно воспринята в научных кругах (см. Приложение в) и на сегодняшний день экспериментального подтверждения не получила.

Примечания 

Биология развития