Некоторые подходы к квантово-радиоволновым методам управления биосистемами

Гаряев П.П., Тертышный Г.Г.
Институт проблем управления РАИ

   Нами разработана теория волновых генов{1}. Ключевым положением ее является положение о том, что хромосомный аппарат биосистем функционирует одновременно как источник гено-знаковых лазерных и солитонных электроакустических полей. И вместе с тем, геном является их приемником. Кроме того, хромосомный континуум многоклеточных организмов является неким подобием статико-динамичной мультиплексной пространственно-временной голографической решетки, в которой свернуто пространство-время организма. Этим не исчерпываются кодирующие возможности генетических структур. Последовательности нуклеотидов ДНК формируют текстовые рече-подобные структуры, что понимается нами не как метафора. Это существенно меняет представления о генетическом коде. Эволюция биосистем создала генетические "тексты", подобные естественным текстам на языках людей. Геном-биокомпьютер как квази-разумный "субъект" на своем уровне "читает и понимает" эти тексты. Чрезвычайно важно для обоснования этой элементарной "разумности" генома, что естественные (не существенно на каком языке) человеческие тексты и генетические "тексты" имеют сходные математико-лингвистические и энтропийно-статистические характеристики. Это относится, в частности, к такому понятию как фрактальность распределения плотности частот встречаемости букв в естественных и генетических текстах (для генетических "текстов" буквы - это нуклеотиды)".
   Наши представления о генетическом коде должны существенно измениться, иначе мы
никогда не сможем создать ДНК-компьютер. Такие существенные изменения предложили мы1",
постулировав механизм контекстно-волновых ориентации рибосом для решения проблемы
точного выбора аминокислоты в процессе синтеза белков. Эта проблема возникла сразу при
создании модели генетического кода как фактор неопределенности (wobble) в выборе третьего
кодона в кодирующем триплете. Для того, чтобы понять каким образом белок-синтезирующий
аппарат клетки решает эту типично лингвистическую проблему снятия омонимической
неопределенности необходимо ввести понятия фонового принципа, ассоциативно-
голографической памяти генома и его квантовой    нелокальности{1У}.   
   Универсальным информационным посредником в свертке-развертке знаковых регуляторных структур генома-биокомпьютера выступают эндогенные физические поля очень малой мощности. Эти поля продуцирует хромосомный аппарат, и они являются, быстрым волновым генетическим информационным каналом, соединяющим хромосомы отдельных клеток организма в целостный континуум, работающий как биокомпьютер. Одним из видов полей, продуцируемых хромосомами, являются их лазерные излучения. Возможность таких искусственных лазерных излучений хромосом и ДНК продемонстрирована нами экспериментально*.
   Другим фундаментальным свойством хромосомного аппарата является нелокальность генетической информации, в частности, квантовая нелокальность в рамках понятий, введенных Эйнштейном, Подольским и Розеном{У|}. Квантовая нелокальность прямо связана (i) с лазерными излучениями хромосом, (ii) со способностью хромосом вращать плоскость поляризации излучаемых и поглощаемых собственных фотонов и (ш) с предполагаемой нами способностью хромосом превращать собственные генетико-знаковые лазерные излучения в широкополосные генетико-знаковые радиоволны. В последнем случае поляризации хромосомных лазерных фотонов нелокально и когерентно связаны с поляризациями радиоволн. Это частично доказано нами экспериментально в опытах in vitro, когда препараты ДНК при взаимодействии с определенным, образом организованным лазерным лучом (Х=632.8нм) поляризует его и одновременно переводит его в в радиодиапазон{"1}. В этих экспериментах был обнаружен также чрезвычайно важный феномен, когда фотоны, промодулированные по поляризации молекулами препарата ДНК, локализуются (сжимаются, «записывается») в системе неоднородностей лазерных зеркал. Этот сигнал в дальнейшем может быть «считан» без существенной потери информации уже в виде изоморфно (по отношению к фотонам) поляризованных радиоволн. В пользу этих соображений свидетельствуют теоретические и экспериментальные исследования по сжатым состояниям локализованных фотонов{""}.
   Мы полагаем, что жидкокристаллические фазы хромосомного аппарата (аналоги зеркал) также можно рассматривать как фрактальную среду накопления локализованных фотонов,   создающую   когерентный   континуум   с   квантово-нелокально   распределенной
поляризационно-радиоволновой гено-информацией. Это в определенной мере соответствует ранее высказанной нами идее квантовой нелокальности генома, точнее одной из ее форм{1"}.

   Генетическая волновая информация с препаратов ДНК, записанная в поляризациях связанных (entagle) фотонов, будучи квантово-нелокальной, переходит (разворачивается) в широкополосный радиоволновой спектр, коррелированный по поляризациям с фотонами. Основным, по крайней мере для ДНК, информационным каналом здесь служит именно параметр поляризации, единый (нелокальный) для фотонов и радиоволн. Характерно, что фурье-образ радиоспектров динамичен и существенно зависит от типа зондируемого вещества. Мы предположили, что это явление может лечь в основу нового вида компьютерной (и биокомпьютерной) памяти, а также нового типа спектроскопии - ЭПР-поляризационно-лазерно-радиоволновой. Фундаментальным фактом оказалось наблюдение, что фотонно-радиоволновые характеристики различных объектов (Фурье-спектры радиоволн кристаллов, воды, металлов, ДНК) запоминаются лазерными зеркалами и "живут" определенное и разное время. Существенно, что такая спектральная память динамична во времени. Эта весьма сложная и во многом непонятная динамика имеет повторяющиеся во времени спектральные фигуры. Такие эксперименты не только уникальны сами по себе, но это и первый пример того, что статичная среда записи (лазерные зеркала) хранит в себе динамичную информацию об объектах записи. Обнаруженные нами явления могут дать реальные основания для разработки принципиально нового типа радиосигналов, где информация будет кодироваться поляризационной динамикой электромагнитных векторов. Это же будет являться основой нового типа видеозаписи, а также создания нового кинематографа. При дальнейших исследованиях в этой области обнаружилась высокая биологическая (генетическая) активность радиоволн, генерируемых в таких условиях препаратами ДНК. С помощью таких искусственно вызванных ДНК-излучений нам удалось вызвать сверхбыстрый рост картофеля (до 1 см в сутки) и резкие изменения его морфогенеза с образованием небольших клубней не на корневищах, а на стеблях. Эти же излучения оказались способными вызвать статистически достоверное "оживление" мертвых семян растения Arabidopsis thaliana, взятых из зоны Чернобыля в 1987 году. Контрольные облучения поляризованными радиоволнами, не содержащими информации о ДНК, биологически не активны". В этой серии экспериментов мы получили еще одно доказательство возможности существования генетической информации в форме поляризационно-радиоволнового физического поля. Итак, мы предполагаем, что главный информационный канал в этих экспериментах - биознаковые модуляции молекулами ДНК поляризаций при переходе "фотоны<->радиоволны" в рамках одного из вариантов квантовой нелокальности. По этой причине совершенно в ином ракурсе видится хорошо известный факт, что информационные биомакромолекулы - ДНК, РНК и Белки - обладают ярко выраженной способностью к дисперсии оптического вращения и круговому дихроизму. Низкомолекулярные компоненты биосистем, такие как сахара, нуклеотиды, аминокислоты, порфирины и другие вещества обладают той же способностью. До сих пор в этом не видели особого биологического смысла. Теперь же феномен квантованной оптической активности может быть понят как база для получения организмом неисчерпаемой информации о своем метаболизме, считываемой эндогенными лазерными излучениями хромосом, переходящими в регуляторное ("смысловое") радиоизлучение генома-биокомпьютера. Снимается и противоречие между длинами волн таких излучений и размерами организмов, клеток и субклеточных структур, поскольку семантические резонансы в пространстве биосистем осуществляются не на уровне длин волн, а на уровне частот и углов поворотов поляризационных мод. Вместе с тем, это и база для искусственного лазерно-радиоволнового in vitro-in vivo сканирования организма и его компонентов.

   Вообще говоря, обсуждаемый случай квантовой нелокальности хромосом, как проявление нелокальности генетической информации, является частным случаем. Думается, что нелокальность генетической информации в высшей степени характерна для многоклеточных организмов и распределена по уровням.
1-й уровень - организменный. Нелокальность здесь отображается в регенерации, например у червей планарий. Любая часть их тела дает при регенерации целый организм. Отсутствует локальная привязка генетической информации к какой-то части биосистемы. То же относится к вегетативному размножению растений.
2-й уровень - клеточный. Из каждой клетки можно вырастить целый организм. Для животных биосистем это затруднено, но возможно.
3-й уровень - клеточно-ядерный. Энуклеация ядер из клеток соматических и половых с последующим введением в них других ядер не препятствует развитию нормального организма. Клонирование такого рода уже осуществляют на высших биосистемах, например, на овцах.
4-й уровень - молекулярный: рибосома "читает" mРНК не только по отдельным кодонам, но и целиком с учетом контекста.
5-й уровень - хромосомно-голографический: геном обладает голографической памятью, а это типично распределенная ассоциативная нелокальная память. На этом уровне и последующих нелокальность приобретает уже дуалистический вещественно-волновой характер, поскольку голограммы как вещество "прочитываются" электромагнитными или акустическими полями, выносящими гено-волновую информацию за пределы вещества хромосом. Сюда же относится, видимо, голографическая память коры головного мозга.
6-й уровень - квантовая нелокальность генома. До 6-го уровня нелокальность информации реализуется в пространстве организма. 6-й уровень имеет особый характер не только потому, что реализуется на квантовом уровне, но и потому, что он срабатывает как по пространству биосистемы, так и по ее собственному времени. Мгновенно распространяемые такими способами биоинформационные события происходят "здесь и там одновременно", поэтому в такой ситуации утрачивает смысл понятие "сначала и потом". И это также принципиально. Постулируемый фактор нелокальности - необычайно важное для многоклеточных биосистем эволюционное достижение. Миллиарды клеток организма должны "знать" друг о друге если не *все, то очень многое, причем мгновенно. Без явления мгновенности такое множество клеток не способно координировать метаболизм и свои функции. Межклеточная диффузия сигнальных веществ и нервные процессы слишком инертны для этого. Даже если допустить, что в межклеточной передаче участвуют знаковые электромагнитные поля со световыми скоростями, что достаточно обосновано, то и это не спасает высшие биосистемы. Необходим механизм квантовой нелокальности, и он применим к генетическому аппарату, поскольку гены могут выступать как квантовые объекты (волновые эквиваленты хромосом). Используя феномен нелокальности, генетический аппарат высших биосистем создает удивительное явление, когда в пространстве-времени биосистемы "здесь и там", "сначала и потом" работают как неразрывность, обеспечивающая организмам суперкогерентность, информационную сверхизбыточность, сверхинформированность, связность и, как итог, целостность (выживаемость).

   В применении к биокомпьютерам, это станет новым скачком в развитии вычислительной техники вообще, то есть это будет полная смена элементной базы и, в некотором смысле, повторение пройденного на пути развития вычислительной техники на совершенно ином высоком уровне в ряду: аналоговый > цифровой > образно- смысловой (нелокальный) волновой компьютер (или биокомпьютер) на основе высших форм памяти ДНК. Хромосомный аппарат, как система записывающая, сохраняющая, изменяющая и транслирующая генетическую информацию, может рассматриваться одновременно на уровне Вещества и на уровне достаточно хорошо изученных Физических Полей, которыми, как носителями генетической и общерегуляторной информации, оперирует континуум генетических молекул (ДНК, РНК, белки). Здесь реализуются, как показали наши исследования, неизвестные ранее виды памяти (солитонная, голографическая, поляризационная) и при этом молекулы ДНК могут работать и как биолазеры"', и как среда записи лазерного сигнала. Рассматриваемый с таких позиций генетический код будет существенно иным по сравнению с общепринятой, но неточной, моделью. Важно и то, что прежняя модель генетического кода пыталась объяснить только механизмы биосинтеза белков, живых организмов и являлась поэтому системой трактовок лишь начальных звеньев в сложной иерархической системе вещественных и полевых, знаковых, голографических, семиотико-семантических, в общем случае образных, кодирующих и декодирующих функций хромосом. Молекулы ДНК, как гено-знаковый континуум любой биосистемы, способен к формированию прообразов биоструктур и организма в целом как реестр динамичных, сменяющих друг друга «волновых копий» или «матриц». Этот континуум является разметочным, калибровочным полем для построения биосистемы. В этом плане механизм быстрого и точного взаимоузнавания цепочек (половинок) ДНК, то есть тот механизм, которым воспользовался Адлеман для решения «задачи коммивояжера» - лишь один из способов самоорганизации биосистем. Взаимоузнавание (+) и (-) цепей ДНК, в частности, происходит потому, что в молекулах ДНК зарождаются особые сверхустойчивые акустико-электромагнитные волны (солитоны), некоторые разновидности которых можно трактовать в рамках открытого в 1949г. «явления возврата Ферми-Паста-Улама» (ФПУ). Такие солитоны ДНК обладают двумя связанными типами памяти - собственно памятью, свойственной явлению ФПУ-возврата. Это означает способность нелинейных систем помнить начальные моды возбуждений и периодически к ним «возвращаться». Напомним, что жидкие кристаллы ДНК в составе хромосом - это типичная нелинейная система. Другая память ДНК-континуума в организме - квазиголографическая, она же и фрактальная, поскольку любая голограмма есть фрактал. Такая память - одно из проявлений нелокальности генома, и она связана с фундаментальным свойством биосистем - восстанавливать целое из своей части. Это свойство хорошо известно (черенкование растений, регенерация хвоста у ящериц, регенерация целого организма из яйцеклетки). Высшая форма такой памяти - голографическая (ассоциативная) память коры головного мозга, то есть нейронов. Все эти результаты приводятся здесь только потому, что бесперспективно рассуждать о ДНК-компьютере, даже решив с помощью молекул ДНК «задачу коммивояжера», если не учитывать новую логику в понимании волновых знаковых, кодирующих биофункций ДНК.

   В качестве "субъектов чтения"  знаковых структур генома могут выступать уединенные волны (солитоны) ДНК, в частности, волны вращательных колебаний нуклеотидов"". Знаковая колебательная динамика таких вращений нуклеотидов является, вероятно, одной из многих нелинейно-динамических семиотических образований генома. Что касается термина «тексты ДНК», который раньше употреблялся для удобства и был взят взаймы у лингвистов для метафорического употребления, то оказывается, эта текстовая структура ДНК действительно родственна человеческой речи. Наши математико-лингвистические исследования показали, что такой ключевой параметр, как фрактальность, един для ДНК и человеческой речи. Грамматика генетических текстов является, вероятно, частным случаем универсальных грамматик всех языков людей. Вновь вернемся к компьютеру на вещественно-волновых знаковых функциях ДНК. Ясно, что при его разработке необходимо использовать не только и не столько результаты эксперимента АлеманаХЕШ. Чтобы реализовать свои волновые кодовые возможности, ДНК должна находиться в естественной для нее среде - в водном растворе и в жидкокристаллическом состоянии. Истинные волновые управляющие возможности ДНК или хромосом могут быть выявлены в условиях, максимально приближенных к тем, которые имеются в живой клетке. В пределе компьютер на ДНК - это и есть живая клетка. Искусственный аналог клетки пока не возможен. Сейчас мы можем делать только какие-то модели приближения к волновым знаковым состояниям ДНК в клетке, как это было сделано нами в отношении записи ДНК-волновой информации на лазерных зеркалах и оживлении радиационно поврежденных семян ДНК-радиоволнами. Далее необходимо начать практическое использование волновых типов памяти геноструктур и для этого пытаться конструировать ячейки памяти, работающие на явлении ФПУ-резонансов и/или на способности записывать голограммы, а также на явлении записи поляризационно-волновой  ДНК-информации  на локазизованных  (сжатых)  фотонах.   Такая память   будет   на   многие   порядки   по   объему   и   быстродействию   превосходить   память существующих  магнитных,  оптических дисков  и  топографических  систем.   Особенно это относится к быстродействию, поскольку геном, вероятно, работает на принципах квантовой нелокальности. Вторая принципиальная возможность связана с перечисленными типами памяти, но многократно усиливается способностью хромосом быть лазероактивной средой. Препараты хромосом выступают в таком варианте и как ячейка памяти, и как лазеры, считывающие собственную (а также наведенную) голографическую, ФПУ-память и память на локализованных фотонах. И наконец, последняя из достижимых в настоящее время целей - использование квази-речевых характеристик ДНК. Можно создавать такие ДНК-лазеры, которые будут высвечивать, "радиофицировать"   и   "озвучивать"   как   естественные   генотексты,   так   и   искусственные (синтезирозанные)      знаковые      последовательности      полинуклеотидов,      имитирующие естественные квази-речевые генопрограммы. Однако это весьма опасный путь и необходима система запретов на искусственные волновые гены. Такой способ работы с потенциальными ДНК-компьютерами означает вхождение в новые семиотические ареалы генома человека, вообще всей биосферы, ареалы, которые Природа использовала для создания человека. Эта мысль вполне обоснована, если учесть теоретические работы по коллективной симметрии генетического кода, проводимые школой Эйгена в Институте Макса Планка в Германии. Исследования школы Эйгена показывают, что ключевая часть информации, записанная и записываемая   как   квази-речь   в   хромосомах   всех   организмов   нашей   планеты,   носит искусственный характер. Наши данные о том, что хромосомный континуум и ДНК любой биоснстемы является неким подобием антенны, открытой во вне для приема дополнительной (возможно, экзобиологической) информации, подтверждают сказанное*". Можно думать, что геном организмов Земли, по крайней мере частично, является полигоном для смысловых Экзобиологических влияний, и в этом плане существенно, что мы нашли первичные подходы к вхождению   в   этот   семиотико-семантический   ареал.   Основываясь   на   сказанном,   можно предсказать,    что    открываются    следующие    перспективы    знаковых    манипуляций    с геноструктурами,   как  основным  субстратом  биокомпьютеров:  

а)  создание  искусственной памяти   на   генетических   молекулах,   обладающей   поистине   фантастическим   объемом   и быстродействием,
б) Создание биокомпьютера на ДНК, основанного на совершенно новых принципах и сравнимого по способам обработки информации и функциональным возможностям с человеческим мозгом,
в) осуществление дистантного управления ключевыми информационными процессами в биосистемах через искусственные биокомпьютеры (лечение рака, СПИДа, генетических уродств, управление социогенетическими процессами и, в конечном итоге, увеличение времени жизни человека),
г) активная защита от деструктивных волновых влияний через обнаруженный информационно-волновой канал,
д) устанавление экзобиологических контактов.

1 Гаряев П.П., 1994, Волновой геном. Российская Академия Наук. Изд. Общ. Польза. Москва. 279с;   Гаряев П.П., 1997, Волновой генетический код. Издатцентр. Москва. 108с. " Maslov M.U., Gariaev P.P. Fractal Presentation of Natural Texts and Genetic Code. "QUALICO-94" (Second International Conference on Qantative Linguistics). September 20-24.  1994. Moscow. Lomonosov State University Philological Faculty. P. 107-108.
III    Гаряев П.П., 1997, Волновой генетический код. Издзтцентр. Москва. 108с.
IV    П.П.Гаряев, М.Р.Гарбер, Е.А.Леонова, Г.Г.Тертышный, 1999, К вопросу о центральной догме
молекулярной биологии. Сознание и физическая реальность, Изд. "ФОЛИУМ", т.4, №1, с.34-46.;
P.Gariaev, G.Tertishniy, The quantum nonlocality of genomes as a main factor of the morphogenesis of
biosystems. Ill Sci. and Medical Network Continental Members Meeting. Schlob Petzow near
Potsdam, Germany, May 6-9,1999. p.37-39.
v А.М.Агальцов, П.П.Гаряев, В.С.Горелик, И.А.Рахматуллаев, В.А.Щеглов, 1996, Двухфотонно-возбуждаемая люминесценция в генетических структурах. Квантовая электроника, v.23, N2, с.181-184.
" Einstein A., Podolsky В., Rosen N., Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reallity be Considered Complete? Phys.Rev. v.47, p.777-780. (1935). ™ P.Gariaev, G.Tertishniy, The quantum nonlocality of genomes as a main factor of the morphogenesis of biosystems. Ш Sci. and Medical Network Continental Members Meeting. Schlob Petzow near Potsdam, Germany, May 6-9,1999. p.37-39.
VIIPL V.V., Localization of Photon between Pair of Particles.-1. Elastic Scattering, Journal of Aerosol Science, v. 30, 1999, p. 287; Maksimenko V.V., Localization of Photon between Pair of Particles.-2. Inelastic Scattering, Journal of Aerosol Science, v. 30, 1999, p. 289.; Maksimenko V.V., Localization of Light in Fractal Cluster, Journal of Aerosol Science, v. 30, 1999, p. 291.; Maksimenko V.V., Korobko A.P., Andreev G.B., Light-Induced Rehbinder Effect in Systems with Eutectic, Russian Journal of Physical Chemistry, v. 72, 1998, p. 1559.; Maksimenko V.V., Krikunov V.A., Lushnikov A.A., Strong Localization of Light in a Closely Packed Granular Medium, Sov. Phys. JETP, v. 75, 1992, p.848.; Maksimenko V.V., Lushnikov A.A., Visibility-Invisibility Transition in a Fractal Cluster, JETP Lett., v. 57, 1993, p. 1993.; Lushnikov A.A., Maksimenko V.V., Quantum Optics of Metal Particle, JETP, v. 76,1993, p. 497.; Maksimenko V.V., Antoine's Localization of Photon inside Fractal Cluster, 4 Conference Fractal in Engineering, Delft, 1999.; Maksimenko V.V., Antoine's Localization of Photon inside Fractal Cluster, 4 th Conference «Fractal in Engineering», Delft, Netherlands, 1999, p. 355.; Maksimenko V.V., Korobko A.P., Andreev G.B., Light-Induced Rehbinder Effect in Systems with Eutectic, Russian Journal of Physical Chemistry, v. 72, 1998, p. 1559.; Scattering and Localization of Classical Waves in Random Media. Ed. P. Sheng, World Scientific, Singapore, 1990. K Gariaev P., Tertishniy G. The quantum nonlocality of genomes as a main factor of the morphogenesis of biosystems. // 3th Scientific and medical network continental members meeting. Potsdam, Germany, may 6-9, 1999. p.37-39.; Гаряев П.П., Гарбер М.Р., Леонова Е.А., Тертышный Г.Г., 1999, К вопросу о центральной догме молекулярной биологии. // Сознание и физическая реальность. Т.4, №1, с.34-46.; Гаряев П.П., Тертышный Г.Г., Готовский Ю.В., Леонова Е.А. Голографическая и квантовая нелокальность генома. // 5-я междунар. Конф. "Теорет. и клинич. аспекты применения биорезонансной и мультирезонансной терапии", часть II. "Имедис". Москва 1999. с.256-272.
х1 А.М.Агальцов, П.П.Гаряев, В.С.Горелик, И.А.Рахматуллаев, В.А.Щеглов, 1996, Двухфотонно-возбуждаемая люминесценция в генетических структурах. Квантовая электроника, v.23, N2, с.181-184.
■*" Благодатских В.И., Гаряев П.П., Леонова Е.А., Маслов М.Ю., Шайтан К.В., Щеглов В.А., 1996, О динамике возникновения дислокаций в молекуле ДНК., Краткие сообщения по физике. Физический Институт РАН, N3-4, с.9-14.;
Гаряев П.П., Маслов М.Ю., Шайтан К.В., Щеглов В.А., 1997, О влиянии нелинейности связей между соседними нукдеотидами на динамику распространения конформационных возмущений в молекулах ДНК., Краткие сообщения по физике. Физический Институт РАН, N3-4, с.3-8.; Гаряев П.П., Маслов М.Ю., Шайтан К.В., Щеглов В.А., 1997, О влиянии нелинейности связей между соседними нукдеотидами на динамику распространения конформационных возмущений в молекулах ДНК., Краткие сообщения по физике. Физический Институт РАН» N3-4, с.3-8.
*ш Leonard Ы. Adleman, Molecular Computation of Solutions to Combinatorial Problems. Science,
v.266,№ll,p.l021(1994).
*'v Gariaev P.P., 1994, DNA as source of new kind of God "knwledge", Act and Facts/Impact series,
N12, pp. 7-11.