Никитин Андрей Викторович : другие произведения.

Этапы развития жизни на Земле. Часть 10

Самиздат: [Регистрация] [Найти] [Рейтинги] [Обсуждения] [Новинки] [Обзоры] [Помощь|Техвопросы]
Ссылки:
 Ваша оценка:
  
10life [ANikitin]
  
  
  Никитин А.В.
  

Этапы развития жизни на Земле. Часть 10.
  Машина управления клетки, память.

  

Из цикла "Общая логика".

  
  Аннотация.
  Рассматривается процесс эволюции биологической клетки, как последовательная цепь преобразований самоуправляемой системы, развивающейся "на краю существования" в условиях постоянного давления случайности.
  С механистической точки зрения клетка в своем развитии прошла несколько этапов - саморегулирование; адаптирующее управление; агрегирующее управление; мышление. Каждый этап развития клетки четко фиксируется появлением соответствующего уровня организации и централизации управления в виде иерархии машин управления, составляющих единую систему управления современной клетки эукариоты.
  Все машины управления реализованы в органеллах клетки и могут быть определены по выполняемым функциям. Так можно связать показанные ранее [10.9] теоретические машины управления с реальными органами или органеллами клетки. Пора узнать, как функционирует оперативная память в клетке и какие сложности возникли вместе с появлением этой памяти. Почему наша память многомерна, и почему мы можем забывать...
  
  
  
  Оглавление
  
  МАШИНА УПРАВЛЕНИЯ КЛЕТКИ. ГДЕ ОНА?
    ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ АВТОМАТЫ.
    АДАПТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ.
      Центросома
      Аппарат Гольджи.
    АГРЕГИРОВАНИЕ.
      Клеточное ядро.
      Ядрышко.
      Эндоплазматический ретикулум
  
  КАК ЭТО РАБОТАЕТ?
    САЙТЫ, ФАКТОРЫ...
    СИГНАЛЬНЫЕ ПУТИ.
    СИГНАЛЫ.
      Разделение функций сигнала.
      Передача сигналов в клетке.
      Каскад передачи сигнала.
    РЕАКЦИЯ КЛЕТКИ НА СИГНАЛЫ.
    НАЧИНАЕМ СОБИРАТЬ ПОНИМАНИЕ.
  
  НАДСТРОЙКА СУБЪЕКТ.
    СУБЪЕКТ - НОВЫЙ УРОВЕНЬ БОРЬБЫ СО СЛУЧАЙНОСТЬЮ...
      Ненаправленность действий.
      Конкуренция целей.
      Конкурентное управление.
  
  ПОЯВЛЕНИЕ МЫШЛЕНИЯ.
    ПОЯВЛЕНИЕ ПАМЯТИ.
      Функциональная память.
      Дискретная память в клетке.
    МЫШЛЕНИЕ И ПАМЯТЬ.
    ЧТО ЕСТЬ ЧТО В МАШИНЕ УПРАВЛЕНИЯ?
  
  ПОРАССУЖДАЕМ О ВЕЧНОСТИ...
    ВЕЧНОЕ СУЩЕСТВОВАНИЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ СЛУЧАЙНОСТИ.
    БОРЬБА ЗА СУЩЕСТВОВАНИЕ... ВНУТРИ СИСТЕМЫ.
    СОЗДАНИЕ МНОГООБРАЗИЯ.
  
  ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
  
  ЛИТЕРАТУРА:
  
  
  
  Когда-то давно я видел статью, где человеческий мозг сравнивался с компьютером.
  Автор не только сравнивал, но и вычислял примерную производительность, примерный объем памяти. Это он делал видимо исходя из количества нейронов, которое кто-то определяет как 15-20 миллиардов, а кто-то и в 100 миллиардов. Но все равно, цифры получались, особенно по современным меркам, весьма средние. Какие-то гигабайты...
  Я забыл об этой статье. Но позже увидел нечто подобное, теперь уже в сравнении с клеткой эукариотой. Снова какой-то автор даже рисовал примерную схему, очень похожую на компьютер, приводил некоторые алгоритмы обработки информации, вычислял объем памяти полученной вычислительной машины...
  Было это уже давно, лет пятнадцать назад.
  Я тогда задумался. Но что-то не получилось у меня совместить клетку и компьютер. Потом я вспомнил о логической машине [10.10], как альтернативе компьютерных систем. Имеющиеся на тот момент данные о логических машинах не позволили разобраться в системе управления клетки. Правда, кое-что я тогда уловил...
  Но вот, не так давно мы почти вплотную подошли к организации этой машины. Появилась возможность найти в клетке конкретные органеллы, составляющие тот или иной уровень управления в составе машины [10.9].
  И ответить, наконец, на вопрос: Что есть что, в машине управления клетки?
  Мы уже знаем, что все уровни автоматического управления машины работают на принципах "сигнального управления", а Субъект использует "информационное управление". Понятно, что такое управление основано на информации. И для своей работы требует организации оперативной памяти. Существующая дискретная память клетки, геном, никак не отвечает требованиях к оперативной памяти машины.
  Геном, это, скорее, часть BIOS , хранилище эталонов функциональных автоматов и сигналов, применяемых клеткой, более похожая на "прожигаемую" память типа PROM , имеющую в рабочем состоянии неизменный набор информации без возможности её изменения. Он содержит шаблоны основных функциональных автоматов на основе РНК, шаблоны всех основных белков, в том числе и "сигналов", какие-то исполнительные программы и огромное количество различных мобильных генетических элементов, попавших в геном как вирусов. Содержимое этого хранилища копируется по мере надобности, и получаемые копии передаются на различные производственные участки, имеющие нужные технологии дальнейшего дискретного копирования автоматов на основе РНК или синтеза белков на основе цифровой информации кодонов иРНК.
  В связи с этим появились новые вопросы: Как в клетке проходит оперативное сохранение информации, если геном для этого не годится? Где же тогда находится оперативная память клетки и как она работает?
  Скажем сразу, оперативную память клетки помогла создать... случайность. Формируют память... происходящие случайные изменения и возникающие новые связи. В работе памяти принимают участие все уровни управления клетки. Оперативной памятью стал весь объем функциональных автоматов клетки.
  Вопросов вдруг оказалось много. Начинаем разбираться...
  
  
  

Машина управления клетки. Где она?

  Сначала немного вспомним, как мы подходили к пониманию работы машины управления клетки и её постепенному усложнению на всех этапах развития клетки [10.1-10.9]. Разговор у нас шел о том, как возникшие спонтанно функциональные автоматы постепенно сформировали простейшие каналы группового регулирования. Над ними появились каналы надобъектного регулирования, которые в свою очередь постепенно трансформировались в простейшие каналы управления.
  Теперь в клетке уже развивались две системы самоподдержания. Регулирование и управление. Отличия "регулирования" от "управления" мы уже рассматривали неоднократно.
  На каком-то этапе развития в клетке сформировались локальные центры управления, которые значительно улучшили возможности клетки реагировать на сложные отклонения от нормальных условий существования. Этот момент послужил стимулом к дальнейшему развитию управления, как одной из систем поддержания существования клетки в сложных условиях.
  Теперь обратимся к хронологии эволюции .
  Уточним время "тяжелой метеоритной бомбардировки Земли":
  "Проведя анализ древних отложений, ученые установили, что поздняя тяжелая бомбардировка закончилась не 3,8 миллиарда лет назад, а 3,2 миллиарда лет назад. ... По словам ученых, некоторые из этих тел продолжали падать на Землю вплоть до 2 миллиардов лет назад".[10.15]
  
  Около 3,5 млрд. лет назад развитие клетки находилось на этапе саморегулирования. Тогда основой существования клетки стали функциональные автоматы [10.2]. От простейшего автомата на основе обратной связи, до сложнейшего множества взаимосвязанных комплексов функциональных автоматов разного уровня. Эпоха развития архей.
  Управление клетки пошло по пути централизации. И в системе клеточного управления появился первый уровень адаптивного управления, локализовавший объем клеточного пространства и отделивший его от внешней среды. Начало этапа адаптирования фиксируется по появлению в клетке первой машины клеточного управления, или "машины адаптирующей".
  Примерно 2,7 млрд лет назад условия существования на Земле резко ухудшились, в том числе и по вине самой клетки. Своим развитием до уровня цианобактерий клетка стала главной причиной сначала кислородной катастрофы , произошедшей 2,45 млрд лет назад. А потом и самого крупного гуронского оледенения, разразившегося на Земле примерно 2,4 млрд лет назад. Оно на 300 млн лет превратило Землю в ледяной шар.
  Как инструмент обмена функциональными автоматами между клетками у прокариот стало развиваться направление технических вирусов.
  Примерно 2 млрд лет назад на Земле появились мезокариоты. Тогда интенсивный обмен привел вирусы к самостоятельному развитию, а глобальное клеточное сообщество сначала к вирусной войне, потом и межклеточной. Эти глобальные войны бушуют на Земле и сейчас.
  К тому времени в клетке появились клеточные рецепторы, контролирующие состояние внешней и внутренней среды. Рецепторы отправляют свои сигналы напрямую в машину управления. Так они создали систему контроля параметров уже всей клетки, превратив её в большой биологический автомат, управляемый машиной. Рецепторы начинают регистрировать изменения давления, температуры, уровня высокочастотного электромагнитного излучения, например, освещенности, появление у внешней оболочки клетки различных химических элементов и соединений, а также ферментов и гормонов от соседних клеток.
  Сигналы от рецепторов поступают в машину управления. Для устранения причин появления сигналов машина должна формировать сигналы управления и отправлять их не в сторону рецептора, а в совершенно другую область клетки. В какую?
  Старая машина управления с этой функцией уже не справлялась.
  Для работы в новых условиях в клетке появилась и новая машина управления - "машина агрегирующая". Новая машина полностью перевела управление клетки на централизованное управление и стала управлять всем клеточным пространством. Рецепторы давали исходные сигналы для контроля состояния, машина формировала сигналы управления каким-то исполнительным механизмам клетки для создания необходимого управляющего воздействия на те или иные органы, которые уже и выполняли необходимые действия, прекращающие сигналы рецепторов. Возник новый уровень управления на уровне всей клетки, как сложного многофункционального агрегата - агрегирование.
  Управление в этой машине сразу стало шаблонным. По найденным алгоритмам. Алгоритмы управления клетка находила, по большей части, случайным моделированием, "эмпирическим путем", по мере накопления опыта.
  Примерно 1,5 млрд. лет назад условия существования для клетки стали еще более сложными. Усилилась вторичная метеоритная бомбардировка Земли, активизировалась вулканическая деятельность, тектонические плиты ускорили свое движение. Воздух и вода наполнились продуктами извержений..., в клеточном сообществе бушуют вирусная и клеточная глобальные войны. Началась борьба за существование.
  Клетка оказалась в длительном катастрофическом периоде развития и существующего уровня управляемости уже не хватило. Это время появления самых совершенных клеток - эукариот. Постепенно у машины управления клетки появилась новая надстройка - Субъект. Основная задача Субъекта - решить проблемы обоснования выбора и создать новый уровень управления, как для противостояния случайности, так и взаимодействия с ней для продолжения существования. В клетке появился новый вид управления - мышление.
  В отличии от всех предыдущих видов "сигнального управления", мышление стало "информационным управлением". Оно осуществляется Субъектом, а объектом управления стала сама машина управления клетки. Основой управления стала информация. В каналах контроля - сообщения о происходящих изменениях, в каналах управления - директивы.
  
  Всё это хорошо, но хотелось бы узнать...
  Где же находится в клетке эта самая машина управления?
  Что в неё входит? Наверное, можно выделить основные составляющие этой машины. Какие-то органеллы клетки. Посмотреть их функции в составе клетки. И составить, наконец, из них то, что мы ищем. Машину управления клетки.
  Не всё сразу. Начнем мы с функционального автомата.
  И постепенно доберемся до сути...
  
  
  

Функциональные автоматы.

  Мы выяснили, что все процессы в биологической клетке можно представить как сложное взаимодействие самых разных функциональных автоматов. Понятие функционального автомата клетки было дано в [10.2]. Правда, потом я нашел и другое описание функционального автомата, вот, хотя бы, в составе систем ЧПУ.
  Например, в Студопедии оно выглядит так:
  "Функциональный автомат (ФА) представляет собой совокупность управляющего автомата (УА) и операционного автомата (ОА)". https://studopedia.ru/3_198507_sistema-chpu-i-ob-ekt-upravleniya-kak-funktsionalniy-avtomat.html
  
  Ну как, понятно?
  Смотрим, что это такое - операционный автомат:
  "Операционный автомат представляет собой набор функциональных блоков (таких, как арифметико-логические устройства или операции), которые выполняют обработку данных. Вместе с блоком управления он составляет центральный процессор (ЦП). Операционные устройства (например, микропроцессоры) состоят из операционного автомата и управляющего автомата, при этом большую часть такого устройства занимает управляющий автомат, регулирующий передачу данных между операционным автоматом и памятью". (Национальная библиотека им. Н. Э. Баумана). https://ru.bmstu.wiki/Операционный_автомат
  
  Оказывается, операционный автомат состоит из функциональных блоков и вместе с управляющим устройством составляет... центральный процессор.
  Продолжим:
  "Управляющий автомат - часть микропроцессора, выполняющая управляющие функции над данными. Представляет собой конечный автомат. Управляющие автоматы состоят из вентилей, регистров, триггеров, декодеров и других логических элементов. В 1951 году М.В. Вилкесом было предложено проектировать управляющие автоматы с помощью микроинструкций, которые хранятся в памяти процессора. Такой способ облегчает проектирование автомата и позволяет легко его изменить.
  Микропроцессоры обычно состоят из управляющего автомата и операционного автомата". https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/1425805
  
  Здесь операционный автомат и управляющий автомат составляют... микропроцессор.
  Таким образом, понятие "функциональным автомат" сведено к микропроцессору в составе системы компьютерного управления. Похоже, что это не совсем верно. Широкое понятие "функциональный автомат" сведено к его очень узкой конкретной разновидности.
  И потому я сформулировал понятие функционального автомата примерно так:
  
   Функциональный автомат - автомат любой сложности, выполняющий свое автоматическое действие, как отдельную функцию в общей системе.
  
  Сегодня мы можем говорить уже о нескольких уровнях сложности функциональных автоматов клетки [10.2]:
     Первый уровень предполагает создание автомата на основе одного материала и исполнения одной функции в системе клетки. К автоматам первого уровня даже в современной клетке относятся почти все рибозимы. Это рибосомы и автоматы работы с цепями РНК в клетке.
     Второй уровень предполагает уже комплекс из нескольких автоматов первого уровня, локализованный липидной оболочкой, с усложнением выполняемой функции до конечного продукта с несколькими заданными параметрами. В том числе и производство автоматов первого уровня. В современной клетке это, например, РНК-полимеразы.
     Третий уровень предполагает локализованный комплекс использования нескольких автоматов первого и второго уровня для выполнения сложной конечной функции или получения конечного продукта в виде автоматов второго уровня или нового продукта, отсутствующего в системе клетки.
  
  Вся клетка оказывается охваченной многочисленными связями автоматического регулирования и взаимозависимости.
  Мы уже знаем, что все саморегулирующиеся функциональные автоматы, это каналы сигнальных связей, соединяющие контрольный и исполнительный узлы автомата в кольцо взаиморегулирования на основе ОС. Кольцо взаиморегулирования является отличительной чертой всех автоматов любой сложности. Иногда кольцо связей взаиморегулирования становится очень сложным и состоит из множества взаимозависимых функциональных автоматов.
  Такая сложнейшая система автоматического саморегулирования конечно же уже не может сама справиться с возникающими сильными возмущениями и отклонениями. И на каком-то этапе развития в клетке появились первые элементы управления.
  На этом этапе развития появилась протоклетка. "Мир РНК" уже идет к своему закату.
  
  
  

Адаптивное управление.

  Сначала появились простейшие каналы управления, как немного перестроенные каналы надобъектного регулирования.
  Различие оказалось простым. Каналы автоматического регулирования охватывают объекты одного уровня "горизонтально". Каналы управления изначально идут "вертикально", с верхнего уровня на нижний, а каналы контрольных сигналов наоборот, с нижнего уровня на верхний. Управление оказывается пространственно и функционально отделено от контрольной функции.
  Постепенно возникает разветвленная структура кустового управления. От каналов надобъектного управления до локальных центров управления [10.6] составляющих структуру адаптивного управления клетки.
  На этом этапе развития клетки сформировались археи.
  Постепенно структура управления становилась всё более централизованной. И на месте локальных центров управления возникла первая машина клеточного управления. Она установила уровень централизованного управления, в виде дерева управления.
  В клетке стали появляться внутриклеточные органеллы и это означает достижение уровня прокариот. Эта точка развития клеток отмечает конец "мира РНК".
  Какие органеллы стали первичной машиной управления клетки?
  Эти органеллы должны образовывать самый древний клеточный центр, который сейчас немного скрыт более поздними структурами, но он и сегодня должен быть очень важен функционально.
  Есть такой?
  Поищем...
  
  

Центросома

  Начинаем с цитаты:
  "Образование и строение центросомы
   Центросомы расположены на полюсах веретена и участвуют в его образовании
   Центросомы участвуют в нуклеации микротрубочек и после этого часто остаются связанными с их минус-концами
   Центросомы состоят из двух центриолей, окруженных перицентриолярным материалом
   Для образования новой центросомы необходимо удвоение (дупликация) центриолей
   Дупликация центриолей контролируется клеточным циклом и скоординирована с репликацией ДНК
   Дупликация центриолей происходит в процессе образования и роста новой центриоли, которая с момента образования примыкает к существующей". https://meduniver.com/Medical/genetika/obrazovanie_i_stroenie_centrosomi.html
  
  В центросоме нас более всего интересует то, что обычно рассматривается быстро, потому, что информации нет.
10life [ANikitin]
Рис.10.1. На основной фотографии помещено изображение центросомы в электронном микроскопе. Две центриоли расположены под прямым углом друг к другу, так, что одна выглядит как круг, а другая как прямоугольник. Вокруг первой центриоли находится скопление гранулярного материала (сравните область, примыкающую к центриоли, с более удаленными частями цитоплазмы, которые окрашены менее интенсивно и где заметно присутствие многих мембранных везикул). https://meduniver.com/Medical/genetika/obrazovanie_i_stroenie_centrosomi.html
  Посмотрим здесь:
   "Каждая центриоль связана с областью диффузного материала, которая в электронном микроскопе выглядит непрозрачной. Если смотреть на центриоль со стороны торца, то непрозрачная область расположена вокруг центриоли. Этот перицентриолярный материал состоит из большого количества белков, прикрепленных к каркасу. Как правило, материнская центриоль содержит больше этого материала по сравнению с дочерней, по крайней мере до момента завершения следующего цикла репликации центриоли. Среди белков перицентриолярного материала находится несколько типов белковых моторов микротрубочек и у-тубулиновые кольца, участвующие в нуклеации микротрубочек. Сами центриоли также содержат ряд специфических структур и ферментов, некоторые из которых также присутствуют в перицентриолярном материале." https://meduniver.com/Medical/genetika/obrazovanie_i_stroenie_centrosomi.html
  
  Вот этот самый "перицентриолярный материал", "гранулярный материал" или "диффузный материал", и есть тот самый центр клеточного деления.
  Этот центр деления и начинает процесс деления клетки... с себя. Он копирует, да, сам себя. А потом уже два центра деления начинают строить аппарат деления.
  Он начинается с центриолей.
  Сегодня эта органелла формирует веретено деления:
  "Центриоль - внутриклеточная органелла эукариотической клетки. Размер центриоли находится на границе разрешающей способности светового микроскопа.
  Эти органеллы в делящихся клетках принимают участие в формировании веретена деления и располагаются на его полюсах.
  В неделящихся клетках (например, эпителия) центриоли часто определяют полярность клеток и располагаются вблизи комплекса Гольджи.
  Тонкое строение центриолей удалось изучить с помощью электронного микроскопа. В некоторых объектах удавалось наблюдать центриоли, обычно расположенные в паре (диплосома), и окруженные зоной более светлой цитоплазмы, от которой радиально отходят тонкие фибриллы (центросфера). Совокупность центриолей и центросферы называют клеточным центром.
  Чаще всего пара центриолей лежит вблизи ядра. Каждая центриоль построена из 27 цилиндрических элементов (тубулиновых микротрубочек), сгруппированных в 9 триплетов. Эти триплеты расположены по окружности, образуя полый цилиндр.
  ... Каждый триплет располагается к радиусу такого цилиндра под углом около 40ў. Центриоли всегда бывают расположены в материале, не имеющем чётко выраженной структуры, который инициирует развитие микротрубочек. Эту область клетки называют центросомой. Именно она образует веретено деления, а не центриоли." https://ru.wikipedia.org/?oldid=88372984
  
  Теперь выделим главное...
     Центросомы располагаются около комплекса Гольджи.
     Совокупность центросом называют клеточным центром.
  
   Биологи точно определили первичный клеточный центр. Центросома зафиксировала конец "бинарного деления" клеток прокариот.
  Раньше клетка делилась, в общем, почти случайным образом, а потом новые клетки достраивали свои органеллы до полного комплекта уже самостоятельно. Потом появился какой-то порядок в этом процессе в виде простейшего амитоза.
  Появление клеточного центра деления и центриолей, постепенно перевели этот процесс в строгие плановые рамки митоза . Последней ступенью усложнения процесса деления клеток стал мейоз . ...
  
  

Аппарат Гольджи.

  Эта органелла даже внешне очень похожа на первичную машину управления.
  Смотрим:
  "Комплекс Гольджи представляет собой стопку дискообразных мембранных мешочков (цистерн), несколько расширенных ближе к краям, и связанную с ними систему пузырьков Гольджи. В растительных клетках обнаруживается ряд отдельных стопок (диктиосомы), в животных клетках часто содержится одна большая или несколько соединённых трубками стопок.
  В комплексе Гольджи выделяют 3 отдела цистерн, окружённых мембранными пузырьками:
     Цис-отдел (ближний к ядру);
     Медиальный отдел;
     Транс-отдел (самый отдалённый от ядра).
  Эти отделы различаются между собой набором ферментов. В цис-отделе первую цистерну называют "цистерной спасения", так как с её помощью рецепторы, поступающие из промежуточной эндоплазматической сети, возвращаются обратно.
  Функции:
  1. Разделение белков на 3 потока:
     лизосомальный - гликозилированные белки (с маннозой) поступают в цис-отдел комплекса Гольджи, некоторые из них фосфорилируются, образуется маркёр лизосомальных ферментов - манноза-6-фосфат. В дальнейшем эти фосфорилированные белки не будут подвергаться модификации, а попадут в лизосомы.
     конститутивный экзоцитоз (конститутивная секреция). В этот поток включаются белки и липиды, которые становятся компонентами поверхностного аппарата клетки, в том числе гликокаликса, или же они могут входить в состав внеклеточного матрикса.
  2. Индуцируемая секреция - сюда попадают белки, которые функционируют за пределами клетки, поверхностного аппарата клетки, во внутренней среде организма. Характерен для секреторных клеток.
  3. Формирование слизистых секретов - гликозамингликанов (мукополисахаридов)
  4. Формирование углеводных компонентов гликокаликса - в основном гликолипидов.
  5. Сульфатирование углеводных и белковых компонентов гликопротеидов и гликолипидов.
  Частичный протеолиз белков - иногда за счёт этого неактивный белок переходит в активный (проинсулин превращается в инсулин).
10life [ANikitin]
Рис.10.2. Строение и функционирование аппарата Гольджи
  ...В цистернах аппарата Гольджи созревают белки, предназначенные для секреции, трансмембранные белки плазматической мембраны, белки лизосом и т. д. Созревающие белки последовательно перемещаются по цистернам в органеллы, в которых происходят их модификации - гликозилирование и фосфорилирование. При О-гликозилировании к белкам присоединяются сложные сахара через атом кислорода. При фосфорилировании происходит присоединение к белкам остатка ортофосфорной кислоты.
  ...Разные цистерны аппарата Гольджи содержат разные резидентные каталитические ферменты и, следовательно, с созревающими белками в них последовательно происходят разные процессы. Понятно, что такой ступенчатый процесс должен как-то контролироваться. Действительно, созревающие белки "маркируются" специальными полисахаридными остатками (преимущественно маннозными), по-видимому, играющими роль своеобразного "знака качества".
  Не до конца понятно, каким образом созревающие белки перемещаются по цистернам аппарата Гольджи, в то время как резидентные белки остаются в большей или меньшей степени ассоциированы с одной цистерной.
  ...В конце концов от транс-Гольджи отпочковываются пузырьки, содержащие полностью зрелые белки. Главная функция аппарата Гольджи - сортировка проходящих через него белков. В аппарате Гольджи происходит формирование "трехнаправленного белкового потока":
     созревание и транспорт белков плазматической мембраны;
     созревание и транспорт секретов;
     созревание и транспорт ферментов лизосом.
  С помощью везикулярного транспорта прошедшие через аппарат Гольджи белки доставляются "по адресу" в зависимости от полученных ими в аппарате Гольджи "меток". Механизмы этого процесса также не до конца понятны. Известно, что транспорт белков из аппарата Гольджи требует участия специфических мембранных рецепторов, которые опознают "груз" и обеспечивают избирательную стыковку пузырька с той или иной органеллой.
  ... Практически все секретируемые клеткой вещества (как белковой, так и небелковой природы) проходят через аппарат Гольджи и там упаковываются в секреторные пузырьки". https://ru.wikipedia.org/?oldid=95389190
  
  Прочитали? Сложно?
  И все же, выберем главное...
  Аппарат Гольджи построен по вполне четко видимому функциональному принципу:
     Здесь формируются секреторные пузырьки, которые расходятся со своим содержимым как к внешней мембране клетки, так и во все стороны клеточного объема.
     Секреторные пузырьки содержат как новые белковые соединения, так и ненужные клетке вещества, которые сбрасываются за пределы оболочки.
     От мембранных входов в пузырьки лизосом попадают вещества из внешней среды, составляющие начало "пищевого" цикла клетки. Пузырьки уходят во все концы клеточного пространства, а после завершения цикла "пищеварения" лизосомы сбрасывают ненужные уже вещества за пределы клетки.
     Здесь формируются и секреторные белки, работающие за пределами клетки.
     Видимо здесь когда-то формировались и плазмиды, технические вирусы, отправляемые в соседние клетки для обмена новейшими изменениями.
  
  ***
  Уточним, сегодня это, оставшаяся с древних времен, первичная машина управления клетки. Она включает в себя аппарат копирования и деления клетки, а так же аппарат функционального управления на уровне функциональной адаптации. В состав этого первого клеточного центра управления вошли клеточный центр и аппарат Гольджи. Этот центр управления осуществляет и сегодня функции адаптивного управления.
  Конечно, первый центр управления клетки когда-то включал и геномную область, но... потом более поздние структуры отодвинули геном от этой первичной, еще функциональной, машины управления клетки.
  
  
  

Агрегирование.

  Над уровнем первичной машины управления со временем возник новый уровень централизованного управления. Он возник на основе появления у машины клеточного управления собственных рецепторов, контролирующих те или иные параметры как внутриклеточного пространства, так и внешней среды. Как физических, так и функциональных.
10life [ANikitin]
Рис.10.3. Органеллы машины управления. https://studfiles.net/preview/3873457/page:2/
  Появились рецепторы, фиксирующие изменения уровня электромагнитного излучения, уровень некоторых солей в объеме клетки и за её пределами, некоторые вещества и в том числе сложные полипептиды,... и т.д. Эти рецепторы не входили в состав локальных функциональных автоматов, а отправляли свой сигнал о появлении отклонений непосредственно на уровень машины управления клетки.
  На эти сигналы надо было как-то реагировать. Но никакие модели автоматического управления уровня адаптивного управления тут не подходили.
  Потому, что контрольный сигнал об отклонении приходил из одного места клетки, а управляющее воздействие надо было отправлять куда-то совсем в другое место. Возник новый уровень управления - агрегирование [10.9].
  Новый уровень управления охватил всю клетку, локализовал её объем рецепторами контроля состояния, объединил её в единый функциональный биологический автомат, исполняющий программу достижения цели своего существования, реагирующий на возникающие отклонения, внешние факторы и чужие сигналы...
  На этом уровне развития клетка стала стремительно развиваться в сторону усложнения и функционального развития всех своих органов.
  Возникла развитая структура органелл .
  Клетка переходит в стадию мезокариот.
  Что же может у нас ассоциироваться с этой, уже вполне совершенной машиной управления клетки, которая и сегодня остается главным уровнем управления?
  Как мы уже понимаем, это должны быть органеллы клетки, обладающие огромной и очень разветвленной сетью каналов связи. Сюда уже точно должны входить геномная область вместе с производствами всех видов копирования и синтеза белков. И где-то здесь должны располагаться все основные сигнальные пути...
  Ну собственно, всё.
10life [ANikitin]
Рис.10.4. Электронно-микроскопическая фотография ядра и участка эндоплазматической сети, расположенной в цитоплазме.
  Нужные органеллы мы уже очертили...
  Вот они, почти все, на рис. 10. 3.
  Это ядро, ядрышко, шероховатая эндоплазматическая сеть...
  Весь этот объем буквально забит сотнями тысяч рибосом, выполняющих самые разные репликации РНК и синтез белков.
  Здесь не хватает еще несколько важнейших составляющих. Но их мы посмотрим чуть позже. Пока начинаем смотреть с ядра клетки.
  
  

Клеточное ядро.

  Сначала - общая информация:
  "Кле́точное ядро́ (лат. nucleus "ядро") - окружённый двумя мембранами компартмент эукариотической клетки.
  ...В ядре заключена бо́льшая часть генетического материала клетки, представленного несколькими линейными длинными молекулами ДНК, связанного с белками - хромосомами. Гены, локализованные в хромосомах, составляют ядерный геном.
  ...К основным структурам, из которых состоит ядро, относят ядерную оболочку - двойную мембрану, окружающую ядро и изолирующую его от цитоплазмы, а также ядерный матрикс (который включает ядерную ламину) - сеть филаментов, которая обеспечивает механическую поддержку ядра, подобно цитоскелету в цитоплазме.
   Поскольку ядерная оболочка непроницаема для крупных молекул, для регуляции транспорта молекул через ядерную оболочку (ядерный транспорт) служат ядерные поры. Поры пронизывают обе ядерные мембраны и формируют сквозной канал, через который малые молекулы и ионы проходят свободно, а крупные молекулы активно транспортируются с участием белков-переносчиков.
  Перенос через ядерную оболочку таких крупных молекул, как белки и РНК, необходим для экспрессии генов и поддержания хромосом. Хотя внутри ядра нет окружённых мембраной субкомпартментов, его внутреннее содержимое неоднородно и содержит ряд ядерных телец, которые состоят из особых белков, молекул РНК и частей хромосом. Самое известное ядерное тельце - ядрышко, в котором происходит сборка рибосомных субъединиц. После образования в ядрышке рибосомные субъединицы транспортируются в цитоплазму, где они осуществляют трансляцию мРНК". https://ru.wikipedia.org/?oldid=97188751
  
  

Ядрышко.

   "Ядрышко - немембранный внутриядерный субкомпартмент, присущий всем без исключения эукариотическим организмам. Представляет собой комплекс белков и рибонуклеопротеидов, формирующийся вокруг участков ДНК, которые содержат гены рРНК - ядрышковых организаторов. Основная функция ядрышка - образование рибосомных субъединиц.
  В ядрышке выделяют три основных структурных компонента, соответствующих разным этапам биогенеза рибосом: фибриллярный центр (ФЦ), плотный фибриллярный компонент (ПФК) и гранулярный компонент (ГК).
  ...На периферии ядрышка находится околоядрышковый компартмент - динамичная структура, содержащая большое количество РНК-связывающих белков, а также РНК-полимеразу III.
  Всякое ядрышко образуется вокруг специальных последовательностей ДНК - ядрышковых организаторов. Ядрышковые организаторы представляют собой гены рДНК, собранные в ряды из тандемных повторов и разделённые спейсерами.
  Фибриллярные центры характеризуются наличием рДНК (ядрышковые организаторы), субъединиц РНК-полимеразы I, ДНК-топоизомеразы I и транскрипционного фактора UBTF. По сути своей фибриллярные центры - это плотно упакованные тандемные повторы неактивной рДНК и межгенных спейсеров.
  ...Транскрипция рДНК происходит не внутри, а на периферии ФЦ.
   Ядрышковые организаторы и ФЦ состоят из плотно ассоциированных фибрилл толщиной от 6 до 10 нм, оба содержат РНК-полимеразу I и характеризуются уникальной чертой - способностью окрашиваться солями серебра (аргирофильностью. В электронный микроскоп гены рРНК видны как образующие структуры типа 'ёлочек', в которых боковые изогнутые нити представляют собой транскрипты пре-рРНК, а сидящие в ответвлении гранулы являются молекулами РНК-полимеразы I.
  Плотный фибриллярный компонент состоит из фибрилл более низкой электронной плотности, чем фибриллярные центры. В плотном фибриллярном компоненте обнаруживаются только что синтезированные транскрипты рРНК (пре-рРНК 45S[23]); кроме того, в нём происходят ранние этапы процессинга рРНК.
  Гранулярный компонент, как правило, располагается на периферии ядрышка, хотя в некоторых случаях фибриллярный и гранулярный компоненты равномерно распределены в ядрышке. В последнем случае фибриллярно-гранулярные компоненты зачастую образуют нитчатые структуры - нуклеолонемы, или ядрышковые нити толщиной около 100-200 нм и различимые даже в световой микроскоп (при особом контрастировании).
   Функции ядрышка.
  ... Ключевой функцией ядрышка является образование субъединиц рибосом в эукариотических клетках. Однако многие ядрышковые белки осуществляют совсем другие функции - например, участвуют в ответе на клеточный стресс и взаимодействуют с вирусными белками. В ядрышке также происходит сборка частиц распознавания сигнала.
  Сборка частиц распознавания сигнала
  Частицы распознавания сигнала (англ. Signal recognition particle, SRP) - повсеместно распространённые цитоплазматические рибонуклеопротеиновые комплексы, которые доставляют некоторые рибосомы к шероховатому эндоплазматическому ретикулуму (ЭПР) для дальнейшей котрансляционной транслокации внутрь ЭПР синтезируемых мембранных и секретируемых белков. Сначала SRP распознаёт сигнальный пептид растущего секретируемого или мембранного канала по мере того, как он выходит из рибосомы. Далее SRP временно приостанавливает синтез белка и доставляет рибосому с синтезируемым белком к цитоплазматической стороне ЭПР, а дальнейший синтез белка происходит одновременно с его транслокацией внутрь ЭПР.
  Другие функции
  Для работы активированных макрофагов важную роль играют цистеиновые протеазы катепсины. В эндосомах и лизосомах они играют важнейшую роль в формировании приобретённого иммунного ответа (процессинг антигенов и их презентация), а также врождённого иммунного ответа (активация Toll-подобных рецепторов). Недавно было показано, что эти цистеиновые протеазы и их ингибиторы выполняют некоторые функции также в ядре и ядрышке. Так, при активации макрофагов катепсин L и ингибитор Spia3g локализуются в ядрышке". (https://ru.wikipedia.org/?oldid=97188751)
  
  

Эндоплазматический ретикулум

  Самая разветвленная структура клетки. Основа машины управления клетки.
  Справка:
  "Эндоплазмати́ческий рети́кулум (ЭПР) (лат. reticulum - сеточка), или эндоплазматическая сеть (ЭПС), - внутриклеточный органоид эукариотической клетки, представляющий собой разветвлённую систему из окружённых мембраной уплощённых полостей, пузырьков и канальцев.
  Эндоплазматический ретикулум состоит из разветвлённой сети трубочек и карманов, окружённых мембраной. Площадь мембран эндоплазматического ретикулума составляет более половины общей площади всех мембран клетки.
   Мембрана ЭПР морфологически идентична оболочке клеточного ядра и составляет с ней одно целое. Таким образом, полости эндоплазматического ретикулума открываются в межмембранную полость ядерной оболочки. Мембраны ЭПС обеспечивают активный транспорт ряда элементов против градиента концентрации. Нити, образующие эндоплазматический ретикулум, имеют в поперечнике 0,05-0,1 мкм (иногда до 0,3 мкм), толщина двухслойных мембран, образующих стенку канальцев, составляет около 50 ангстрем (5 нм, 0,005 мкм). Эти структуры содержат ненасыщенные фосфолипиды, а также некоторое количество холестерина и сфинголипидов. В их состав также входят белки.
10life [ANikitin]
Рис.10.5. Гранулярный и гладкий эндоплазматический ретикулум.
  Трубочки, диаметр которых колеблется в пределах 0,1-0,3 мкм, заполнены гомогенным содержимым. Их функция - осуществление коммуникации между содержимым пузырьков ЭПС, внешней средой и ядром клетки.
  Эндоплазматический ретикулум не является стабильной структурой и подвержен частым изменениям.
  Выделяют два вида ЭПР:
     гранулярный (шероховатый) эндоплазматический ретикулум;
     агранулярный (гладкий) эндоплазматический ретикулум.
  На поверхности гранулярного эндоплазматического ретикулума находится большое количество рибосом, которые отсутствуют на поверхности агранулярного ЭПР.
  ... Гранулярный и агранулярный эндоплазматический ретикулум выполняют различные функции в клетке.
   При участии эндоплазматического ретикулума происходит трансляция и транспорт белков, синтез и транспорт липидов и стероидов. Для ЭПР характерно также накопление продуктов синтеза.
  Эндоплазматический ретикулум принимает участие в том числе и в создании новой ядерной оболочки (например после митоза).
  Эндоплазматический ретикулум содержит внутриклеточный запас кальция, который является, в частности, медиатором сокращения мышечной клетки. В клетках мышечных волокон расположена особая форма эндоплазматического ретикулума - саркоплазматическая сеть". https://ru.wikipedia.org/?oldid=95426564
  
  Ну вот, примерно так ...
  В реальности, эндоплазматическая сеть, это... сплошной лабиринт из пузырьков, мембран, рибосом, белков...
  Что-то куда-то двигается по каналам этого огромного лабиринта, преобразуется и дополняется, загружается в транспортные пузырьки и уходит к другим органеллам клетки, например, в исполнительную сеть комплекса Гольджи или в ядро, к определенной части генома или мРНК для произведения какого-то действия там. Или наоборот, что-то приходит в пузырьках или без них попадает сюда, преобразуется и уходит...
  Ядро, входящее в него ядрышко, шероховатая эндоплазматическая сеть из каналов, охватывающая ядро и большую часть объема клетки, всё это и составляет основу главной машины управления клетки.
  Это мы установили...
  
  
  

Как это работает?

  Мы так привыкли к электронным схемам, что как-то не получается у нас сравнение клеточной машины управления с компьютером.
  Не сравниваются они. Слишком разные ...
  Хорошо, давайте сравним по выполняемым функциям... с кибернетическими системами. Например, по формированию ответа на внешний сигнал.
   Смотрим рис. 10.6.
10life [ANikitin]
Рис.10.6. Функционирование системы внутриклеточной сигнальной трансдукции (формирование ответа клетки на внешний сигнал) https://studfiles.net/preview/6666468/page:3/
  Машина управления генерирует команды для исполнения и реагирует на сигналы от рецепторов. В принципе, так делает любая автоматическая система. Даже самая сложная, кибернетическая. Компьютер делает процесс управления более гибким. В нем, в качестве аналитического блока работает программа. В этом начальные расхождения кибернетического управления и компьютерного. Потом, усилиями ученых они были сведены к минимуму, потому, что в кибернетических системах стали широко применяться компьютеры. Это уменьшило разногласия, но и... запутало общую картину.
  Теперь мы уже просто не знаем, где заканчивается компьютерное программное управление и начинается кибернетическое, аппаратное. И уж тем более, не знаем, где у нас заканчивается сигнальное управление и начинается информационное.
  Мы просто не хотим знать, чем сигнал рецептора или сигнал в канале ОС системы регулирования отличается от информационного сообщения в канале контроля компьютерной системы управления. Наша теория их не разделяет.
  Но, даже при таком понимании, мы все равно должны где-то в клетке увидеть то, что можно как-то связать с исполнительными или даже логическими схемами привычных нам компьютеров или кибернетических моделей.
  Где они в клетке?
  Только при наличии таких сложных логических схем или цепей, называйте это как угодно, мы вправе говорить о машинном управлении вообще, и составных частях машины управления в частности.
  Чтобы не мучать читателей дальнейшими вопросами я дам свой ответ сразу.
  Логические схемы клетки находятся в... сигнальных путях. И путях движения конечных продуктов клеточного производства.
  Для нас сигнальные пути пока совершенная terra incognita. Но именно сигнальные пути, или то, что так называется у биологов, видимо стало той автоматикой, благодаря которой в клетке функционируют все системы управления и принятия решения.
  Но, сначала...
  
  

Сайты, факторы...

  Уточним:
  "Сайт (site) [англ. site - участок, местоположение] - любая относительно небольшая часть ДНК, РНК или полипептидной цепи, которая обладает некоторыми особенностями первичной структуры и / или выполняет определенную функцию; более узко - местоположение точковой мутации, т. е. любая пара нуклеотидов в двухцепочечной молекуле ДНК." http://humbio.ru/humbio/mutation/00076754.htm#00001351.htm
  
  "Сайт связывания (binding site) [англ. site - участок, местоположение] - 1) особый участок в целой молекуле, который способен вступать в стабильное взаимодействие с другими молекулами или клеточными структурами (см., напр., Внутренний сайт связывания рибосомы); 2) участок, в котором фермент соединяется с субстратом для осуществления ферментативной реакции; 3) участки на поверхности антител, которые реагируют с участками антигенных детерминант на антигенах (см. Место (сайт) связывания антигена); они формируются частями вариабельных областей Fab-фрагмента иммуноглобулина (см. Иммуноглобулины)."
   (http://humbio.ru/humbio/tarantul_sl/00001351.htm)
  
  Ну, мы поняли, сайтом здесь называется любой важный участок молекулы или даже органеллы клетки, куда надо доставить команду действия. Или откуда надо получить какую-то команду? Да, и это тоже...
  По этой причине "сигналы" могут передаваться как между составными частями клетки, так и от внешней клеточной мембраны до любого объекта внутри объема клетки. Собственно, эти очень типовые маршруты движения сигналов от сайта к сайту клетки и называются сигнальными путями.
  Вот теперь начнем смотреть сигнальные пути клетки...
  
  

Сигнальные пути.

  Это путь сигнала от внешнего или внутреннего регистратора события до исполнительного механизма, реализующего ответное действие. Или, как говорят биологи, информация проводится от рецептора до исполнительного органа по сигнальному пути.
  Кстати, с сигнальными путями в клетке мы уже начинали разбираться еще в [10.10]. Несколько лет назад...
10life [ANikitin]
Рис.10.7. Наиболее хорошо изученные сигнальные пути : PI3K-Akt, JAK-STAT, NF-kB, гетеротримерных G-белков, Ras-MAPK/ERK, Wnt, Hedgehog, Fas
  А сейчас продолжаем или снова начинаем, не знаю...
   "Сигнальный путь - последовательность молекул, посредством которых информация от клеточного рецептора передается внутри клетки. Сигнал передается от молекулы к молекуле в строго определённом порядке, что и позволяет говорить о сигнальном пути.
  Большинство сигнальных путей активируются в ответ на внешние по отношению к клетке сигналы, такие как нейротрансмиттеры, гормоны и ростовые факторы.
  Меньшинство же начинается с сигналов, генерируемых внутри клетки." https://ru.wikipedia.org/?oldid=89428786
  
  Не знаю, вам не кажется, что в выделенных словах цитаты есть противоречие?
  Должно быть всё наоборот. Основная масса сигнальных путей должна начинаться внутри клетки и ... заканчиваться там же. А вот меньшая часть - внешние сигналы, указывающие на то, что клетка - открытая информационная система.
  Ну ладно, постепенно разберемся.
  Как всегда, начнем с цитаты:
  "Иногда активация рецептора внешним стимулом сразу приводит к ответу клетки.
  ...В других случаях активация рецептора лишь инициирует цепь событий, передающих регуляторный стимул внутри клетки через более или менее длинную цепь посредников. Такая цепь называется сигнальным путём.
   ...Большинство сигнальных путей активируются в ответ на внешние по отношению к клетке сигналы, такие как нейротрансмиттеры, гормоны и ростовые факторы. Меньшинство же начинается с сигналов, генерируемых внутри клетки. К хорошо изученным сигнальным путям относятся PI3K-, Wnt-, цАМФ- и MAPK-сигнальные пути". https://ru.wikipedia.org/?oldid=90308990
  
  На рис. 10.7. показана только инфографика сигнального пути. Реальная схема, даже очень упрощенная, значительно сложнее.
  Здесь сделаем небольшое уточнение.
10life [ANikitin]
Рис.10.8. Схема классического сигнального пути МАРК [10.16].
  "Одним из наиболее хорошо изученных путей является сигнальный путь MAPK (mitogen activated protein kinase), который начинается с активации трансмембранных рецепторов клетки и посредством участия цитоплазматических и ядерных протеинов принимает существенное участие в регуляции генной экспрессии. Конечно, стоит отметить, что многие сигнальные пути довольно сложно различать как функционально, так и биохимически, и между многими из них зачастую существуют прямые активирующие и/или угнетающие связи. Примером тому может служить сеть p53/Rb, объединяющая важные сигнальные пути, которые регулируют процессы клеточного деления, апоптоза и репарации ДНК".[10.16]
  
  Схема сигнального пути МАРК на рис. 10.8.
  Сигнальные пути мы посмотрели.
  Теперь постараемся понять, какие сигналы двигаются по этим путям?
  
  

Сигналы.

  Начнем мы с основ:
  "Сигналы в биологии - событие, имеющее регуляторное/управленческое значение в той системе, в которой оно опознаётся и потому значимо для неё. В живой клетке сигнал - это событие, имеющее регуляторное значение для функционирования клетки." https://ru.wikipedia.org/?oldid=93097009
  
  Странно?
  Понятно и непонятно. Понятно, что понимается под термином "сигнал", но непонятно, как это реализуется.
  Попробуем разобраться.
  Парадоксально, но в биологии понятие "сигнал" изначально имеет информационное наполнение. Для биологии "сигнал", это и есть информация, которую надо передать, от внешней оболочки клетки до нужного внутреннего участка - "сайта" .
  При этом надо помнить, что малые размеры клетки оставили ей только один вариант формата связи. Беспроводной. Мы уже говорили об этом [10.5, 10.6]. В этом варианте организации связи получение сигнального сообщения "своим" получателем обеспечивается только... "сигналом". Его отличительными признаками, ограничивающими круг получателей этого "сигнала" до тех, кто может его правильно получить и... понять.
  "Сигнал" как особый объект канала связи давно приобрел в клетке статус "объект-действие", объединяющий в себе как статус отдельного объекта, так и функцию, которую он несет в себе. Потом этот же статус был применен и к техническим вирусам, как к средству управления "соседом".
  Почему "соседом"? В том числе и потому, что объективно сам на себя "субъект" воздействовать и изменять себя не может, а вот внешнее воздействие может привести к какой-то "коррекции" системы Субъекта. Потому и возникли технические вирусы. Хоть и те же плазмиды. Как средство обмена функциональной информацией, в том числе и для... собственного развития. Такой вот, сложный путь взаимного управления...
  Первые сигналы клетка сформировала еще во времена "мира РНК". И понятно, из цепочек РНК. Потом к ним добавились и цепочки ДНК.
  Смотрим таблицу 10.1:
  
  Таблица 10.1
ФункцияФормообразование Уровень Вещественная основа
  Связь "клетка - клетка"
  Горизонтальный перенос генов
  1.Плазмиды
  2.Бактериофаги
  3.Ретровирусы
  4.Вирусы
  ДНК
  РНК
  РНК
  ДНК
  Оружие межклеточной войны
  5.Прионы
  Белки
  Мобильные генетические элементы
  Геном клетки
  1.Ретротранспозоны;
  2.Транспозоны
  3.Инсерционные элементы
  4.Интроны второй группы
  5.Микро РНК
  6.Сателлитная
  РНК
  ДНК
  ДНК
  РНК
  РНК
  ДНК
  ДНК
  
  Пока мы говорим о средствах первичного межклеточного обмена.
  Он весь был осуществлен на самой высшей технической базе того периода. Сначала на основе РНК, потом к ней добавилась ДНК, которые стали проникать в ядро клетки. Там они становились мобильными генетическими элементами .
  И только потом к РНК и ДНК стали добавляться белковые "сигналы".
  Отличие белковых "сигналов" от "классических" технических вирусов в том, что они не могут менять формат с транспортного на исполнительный, так как это делают вирусы и плазмиды, "оставляя на входе" в клетку свой транспортный белковый контейнер, переходя к своей активной форме в виде цепочке РНК или ДНК, работающей самостоятельно в составе иРНК или генома, в зависимости от типа вируса.
  Белковые "сигналы", гормоны, энзимы и другие сложные полипептиды так видоизменяться не могут. Они или попадают в клетку в неизменном виде или лишь включают рецепторы на внешней стороне клеточной мембраны так и не попадая в клетку...
  С переходом клеточных сообществ от колоний в единому многоклеточному организму роль белковых сигналов в клеточном обмене резко возросла. В многоклеточном организме практически перестали применяться сигналы на основе РНК и ДНК, остались лишь белковые сигналы - гормоны, ферменты, полипептиды. Все вирусы, включая и технические, в том числе и плазмиды, перешли в разряд "опасных объектов" и стали блокироваться или уничтожаться коллективной системой защиты организма.
  Сегодня "сигналом" в биологии считается лишь белковое соединение.
  И это немного странно. Я понимаю, что сегодня вирус уже никак не связывается с каким-то каналом связи или обменом информации, но перенос генной информации от клетки к клетке теми же бактериофагами от этого никуда не ушел. Трансдукция, да и конъюгация, и не только у бактерий..., никуда не исчезла.
  Тем не менее, сейчас в качестве "сигналов" в биологии клетки рассматриваются только белковые соединения сложных структур.
  Учтем это...
  
  

Разделение функций сигнала.

  В клетке сигнал, это конечно же, химическое соединение, сегодня чаще всего - белковое. Раньше мы понимали как сигнал какое-то конкретное химическое соединение, которое сформировалось в месте "генерации сигнала" и дошло до места своего обнаружения или применения неизменным, но сейчас что-то в этом определении поменялось. Если раньше клетка реализовывала функцию сигнала как передачу конкретного алгоритма действий, заложенного в это конкретное химическое соединение, то теперь стал учитываться и сам факт появления этого сигнала, как опасности для всей клетки.
  Но, давайте по порядку.
  Начнем с первого свойства биологического сигнала - наличие внутреннего алгоритма действия. Тут возникло вынужденное многообразие.
  Алгоритм вложенного в сигнал действия получил мощное развитие в... вирусных структурах, создаваемых клеткой для обмена информацией с соседями. Сначала это были технические вирусы, плазмиды. Потом вирусы перешли в разряд "оружия" и последовал новый мощный рывок их технического развития. А потом "оружие" стало уничтожать своих создателей и перешло на самостоятельное развитие...
  Но внутри клетки технический вирус до сих пор используется по своему основному назначению, как элемент, переносящий алгоритм действия от точки своей генерации до точки применения. Так работают многочисленные короткие цепочки РНК и ДНК, двигающиеся в цитоплазме клетки по всем направлениям...
  Почему?
  Мы уже говорили, в вирусных сигналах четко различаются две части - транспортная и активная. Транспортная часть, это, чаще всего, белковая капсула, в которой заключена активная часть, цепочка РНК или ДНК. Капсула, это и контейнер для доставки, и защита содержимого, и механизм для взлома оболочки клетки и сброса в неё активного содержимого. Сбрасываемая цепочка РНК или ДНК и является второй, активной формой вируса - мобильным генетическим элементом, проникающим в геном клетки для выполнения вложенной функции...
  Этот формат сигнала остался в... пузырьковых контейнерах комплекса Гольджи для пересылки готовой продукции по всему объему клетки или сбора отработанных веществ для сброса за её пределами. Но, такой "формат" никак не решает новые внутренние задачи, возникшие в клетке. Задачи передачи информации о происходящих изменениях внутри клетки.
  Только с появлением белковых сигналов стало развиваться другое направление применения вложенного алгоритма действия - система определения "свой-чужой" для клеточных рецепторов исполнительных механизмов разных органов клетки, реагирующих только на "свой", строго определенный "сигнал" из множества...
  Белковые структуры стали развиваться в том числе и для реализации этой функции. От простейших пептидов, до многообразия ферментов с переходом на еще более сложные полипептиды и гормоны. Так было достигнуто необходимое разнообразие сигналов для надежного отличия одного сигнала от другого на уровне клеточного рецептора.
  А вот для передачи отдельного вложенного алгоритма действия у белкового сигнала возможностей уже не осталось. Теперь любой белок "сигнальный" только сам по себе. Просто сигнал о каком-то изменении, на который будет реагировать только "свой" рецептор, где бы в клеточном пространстве он не находился. Любой белковый сигнал оказался кодированным сообщением об изменении, понятный только "своему" рецептору. Это естественное ограничение беспроводного пространства связи, сформированного в клеточном объеме.
  Вложенный алгоритм действия такого сигнала стал использоваться для определения его получателя. При этом, теперь сам химический сигнал может изменяться, потому, что передается только сам факт появления сигнала, его информационная нагрузка. И теперь химическая структура сигнала отражает только уровень управления и факт наличия причины для появления этого сигнала. Никаких других внутренних алгоритмов эти функции не предусматривают. Появление у клетки таких сигналов открывает дорогу к дальнейшей унификации дискретной информации в клетке.
  И тут же стали проявляться сложности организации структуры сигналов...
  Мы же понимаем, что разные по сложности белковые соединения появлялись в клетке постепенно за долгие миллионы лет. Каждый новый применяемый в клетке класс белков успевал создать свою систему сигналов в клеточном пространстве, несовместимую ни с более ранней, ни со следующей за этой по эволюционному развитию. Частично это соответствовало запросам развития.
  Например, формируется новый уровень управления. Он начинается с организации нового центра управления. Постепенно формируется система каналов контроля и управления. Почти всегда это связано с применением новых сигналов. И что очень важно, несовместимых со всеми старыми сигнальными системами.
  Почему это важно?
  Чтобы не усложнять систему определения "свой-чужой".
  Новый создающийся уровень управления формирует свою систему сигналов, совершенно несовместимую с существующими. С "чистого листа", на белковых сигналах новой степени сложности. Как, кстати, и каждый предыдущий уровень управления...
  Это не нарушает уже существующий уровень надежности имеющихся каналов связи и не влияет на общую надежность формируемой системы сигналов. Для каждого уровня сигналов управления надежность своя, сложившаяся в том числе и на основе случайностей. А потому и почти всегда недостаточно точная в определениях всех "только своих" сигналов. Но, надежность минимально достаточная для выполнения своей функции, чтобы не усложнять сложившееся разнообразие, надежно работающее в существующих условиях.
  Так и происходило до тех пор пока новые формируемые центры управления были узко функциональны и не вышли на уровень управления... всей клеткой. При этом первичные клеточные рецепторы клетки как работали в своих системах сигналов, так и продолжают.
  Как в таком случае сигналы от рецепторов должны доходить до нового уровня управления с другой системой сигналов, несовместимой с системой рецепторов? При этом, и управляющие воздействия нового общеклеточного уровня как-то должно доходить до низших по иерархии центров управления.
  Видимо надо соединить уровни управляемости какими-то "переходами" из одной системы сигналов в другую. И передавать по ним уже не сам белковый "сигнал", а только факт его появления. Уже на другом уровне формирования и другим сигналом...
  Зачем и почему?
  Потому, что машина управления, клеточные рецепторы и объекты клеточного управления используют сигналы разных форматов и не "понимают" друг друга. Должна быть система "автоматического перевода" сигналов с одного "языка управления" на другой.
  Конечно, при этом надо бы решить и некоторые технические сложности, возникшие к тому времени. Например, как-то "усилить" относительно малый "сигнал" от рецептора, всего в одну молекулу!
  Этот "сигнал" надо как-то размножить и направить во все концы клеточного пространства, чтобы даже в условиях действия случайности хоть один исполнительный механизм машины управления его принял и быстро отреагировал.
  Это и было реализовано в организации каскадов-посредников, как в каналах контроля, так и в каналах управления. В клетке появился и заработал общий принцип организации функциональных автоматов такого вида - каскадный механизм посредников.
  Появилось множество химических соединений, каскадов-посредников, создающих из единственной молекулы сигнала от рецептора большое количество своих вторичных сигналов. С одновременным переводом первичного сигнала на "стандартный язык" этого уровня управления. С химического соединения на сигнал-пептид, а потом и на сигнал-фермент. Эти сигналы уже с большей гарантией достигнут центров управления и сделают свою работу...
  Такой фермент, достигая своего приемного рецептора в пункте приема сообщений машины управления, даст сигнал о появлении отклонения на том, первом клеточном рецепторе. Информация об этом донесена с несколькими переводами сигнала с одного "языка" на другой. Но ведь - донесена.
  Точно так же формируется и сигнал управления.
  Его перевод с одного "языка" на другой в зависимости от уровня управляемого объекта, идет в обратном порядке. От фермента к нужному химическому соединению.
  Теперь "сигналы" уже не несут собственной программы действий, а лишь передают сам факт причины для их появления, химической реакции первичного рецептора. Они стали сигналами контроля, или сигналами обратной связи, знакомой нам по системам саморегулирования, только теперь работающей в глобальной системе централизованного управления клетки.
  
  

Передача сигналов в клетке.

  Разберемся с процессом передачи сигнала в клетке. Здесь биологи используют особую терминологию:
  "Передача сигнала (сигнальная трансдукция, трансдукция, сигналинг, сигнализация, англ. signal transduction) - в молекулярной биологии термин 'Передача сигнала' относится к любому процессу, при помощи которого клетка превращает один тип сигнала или стимула в другой.
  Передача сигнала предполагает примерно следующую схему:
    1. взаимодействие внешнего агента (стимула) с клеточным рецептором,
    2. активация эффекторной молекулы, находящейся в мембране и отвечающей за генерацию вторичных посредников,
    3. образование вторичных посредников,
    4. активация посредниками белков-мишеней, вызывающих генерацию следующих посредников,
    5. исчезновение посредника.
  Иногда активация рецептора внешним стимулом сразу приводит к ответу клетки. Например, когда нейротрансмиттер ГАМК активирует свой рецептор, входящий в состав ионного канала на поверхности нейрона, канал начинает пропускать ионы хлорида, что приводит к изменению мембранного потенциала всей клетки. В других случаях активация рецептора лишь инициирует цепь событий, передающих регуляторный стимул внутри клетки через более или менее длинную цепь посредников. Такая цепь называется сигнальным путём". (https://ru.wikipedia.org/?oldid=90308990)
  
  Теперь понятна будет и следующая информация о передаче сигнала:
  "Первичные посредники - это химические соединения или физические факторы (квант света), способные активировать механизм передачи сигнала в клетке. По отношению к воспринимающей клетке первичные посредники являются экстраклеточными сигналами. Стоит отметить, что в качестве экстраклеточных стимулов могут выступать и молекулы в изобилии присутствующие внутри клетки, но находящиеся в норме в очень низкой концентрации в межклеточном пространстве (например, АТФ или глутамат).
  В зависимости от функций первичные посредники могут быть разделены на несколько групп:
       гормоны
       цитокины
       нейротрансмиттеры
       факторы роста
  Получение клеткой сигнала от первичных посредников обеспечивается особыми белками-рецепторами, для которых первичные посредники являются лигандами. Для обеспечения рецепторной функции молекулы белков должны отвечать ряду требований:
    1. обладать высокой избирательностью к лиганду;
    2. кинетика связывания лиганда должна описываться кривой с насыщением, соответствующим состоянию полной занятости всех молекул рецепторов, число которых на мембране ограничено;
    3. рецепторы должны обладать тканевой специфичностью, отражающей наличие или отсутствие данных функций в клетках органа-мишени;
    4. связывание лиганда и его клеточный (физиологический) эффект должны быть обратимы, параметры сродства должны соответствовать физиологическим концентрациям лиганда.
  Клеточные рецепторы делятся на следующие классы:
       мембранные
       рецепторные тирозинкиназы
       рецепторы, сопряжённые с G-белками
       ионные каналы
       цитоплазматические
       ядерные
  Мембранные рецепторы распознают крупные (например, инсулин) или гидрофильные (например, адреналин) сигнальные молекулы, которые не могут самостоятельно проникать в клетку. Небольшие гидрофобные сигнальные молекулы (например, трийодтиронин, стероидные гормоны, CO, NO) способны проникать в клетку за счёт диффузии. Рецепторы таких гормонов обычно являются растворимыми цитоплазматическими или ядерными белками. После связывания лиганда с рецептором информация об этом событии передаётся дальше по цепи и приводит к формированию первичного и вторичного клеточного ответа". https://ru.wikipedia.org/?oldid=90308990
  
  Так что же это такое - передача сигнала?
  "'...Передача сигнала это последовательность реакций, включающих взаимодействие внеклеточных лигандов (сигналы клеточные) с рецепторами на поверхности клетки с последующей активацией рецептора, заключающейся в изменении состояния его внутриклеточного домена. Активация рецептора вызывает каскад событий в клетке, в результате которых клетка адекватно реагирует на внешний сигнал.
  ...Сигналы, передающиеся через сигнальные молекулы, являются первичными по отношению к каскадам биохимических реакций, запускающимся в клетках в ответ на их воздействие". http://humbio.ru/humbio/genexp/00164e19.htm
10life [ANikitin]
Рис.10.9. Сравнение месенджеров
  Схемы сигнальных путей, опосредованных поверхностными рецепторами.
  Постараемся понять здесь главное.
  Сигнал (лиганд) активирует рецептор. Например, это образование временной связи с потерей электрона в рецепторе. Этот "потерянный" электрон приходит от внутриклеточной части рецептора. И там образуется (+) ион. Это один вид передачи сигнала...
  Или наоборот. Электрон добавляется и образуется (-) ион.
  Этот процесс формирует разные химические связи в соединении. При этом часто меняется пространственная конфигурация молекулы рецептора.
  Это и есть "активация рецептора". Передача "сигнала", в данном случае, передача электронного потенциала с внешней стороны оболочки клетки на внутреннюю по молекуле рецептора, состоялась.
  На рис. 10.9. показаны несколько сигнальных путей, различных по результату вложенного действия сигнала. Один сигнал усиливает фосфорилирование, другой уменьшает, а третий еще и активирует кальций связывающие белки...
  Конечно, тут нужны определения новых для нас понятий...
  Лиганд: "В биохимии и фармакологии лиганд - это химическое соединение (часто, но не всегда, малая молекула), которое образует комплекс с той или иной биомолекулой (чаще всего белком, например клеточным рецептором, но иногда, например, с ДНК) и производит, вследствие такого связывания, те или иные биохимические, физиологические или фармакологические эффекты". (https://ru.wikipedia.org/?oldid=97195771)
  
  И как мы теперь понимаем, лигандом здесь является тот самый "первичный сигнал", чаще всего гормон, "переносчик сигнала", который и производит какую-то химическую реакцию с первичным рецептором на внешней стороне клеточной мембраны.
  "Клеточный рецептор - молекула на поверхности клетки, клеточного органоида или в цитоплазме клетки, специфически реагирующая изменением своей пространственной конфигурации на присоединение к ней молекулы определенного химического вещества". https://ru.wikipedia.org/?oldid=76537576
10life [ANikitin]
  Рис.10.10. Схема трансмембранного рецептора:
  E - внеклеточное пространство;
  P - клеточная мембрана;
  I - внутриклеточное пространство
  
  Смотрим на рис .10.10.
  Вот примерно так выглядит рецептор на внешней мембране, с которым взаимодействует "первичный мессенджер", гормон, лиганд для этого рецептора.
  Теперь мы начинаем немного понимать, о чем говорят биологи, когда рассказывают о передаче сигналов в клетке.
   "Сигнал" пришел на рецептор:
  "Вещество, специфически соединяющееся с рецептором, называется лигандом этого рецептора. Внутри организма это обычно гормон или нейромедиатор либо их искусственные заменители, применяемые в качестве лекарственных средств и ядов (агонисты). Некоторые лиганды, напротив, блокируют рецепторы (антагонисты)". https://ru.wikipedia.org/?oldid=76537576)
  
  Здесь мы уловили, что и рецепторы и "сигналы" могут быть, как минимум, двух типов: активирующие рецептор и блокирующие его. Но на самом деле, это агонисты (+) и обратные агонисты (-), дающие противоположные "сигналы" клетке через рецепторы, и антогонисты (Х), блокирующие работу рецепторов.
  Эту систему сигналов (+), (-), (Х), которая возникает здесь, мы запомним. Потом сравним её с другими возможными системами. Для себя уточним, соединения или сигнальные молекулы, могут меняться в процессе передачи "сигнала", а информационный путь "сигнала" остается.
  Вот это очень важно.
  Конкретные соединения, вещества и химические элементы, применяемые клеткой в качестве 'сигнала' мы узнаем чуть позже, а пока уточним некоторые технические вопросы.
  Откроем [10.11]:
  "В связи с получением сигнала клетка должна решить несколько задач:
     Отличить сигнал от множества других
     Доставить его по назначению
     Адекватно отреагировать на получение сигнала
     Выключить системы реагирования сразу, как только сигнал исчезает из окружающей клетку среды".[10.11]
  
  Причем, все эти задачи должны решать все клетки. От архей до эукариот и многоклеточных организмов. В меру своего развития, конечно.
  Еще один специфический термин, без понимания которого мы не сможем разобраться в биологической терминологии:
  "Фактор (от лат. factor "делающий, производящий; создатель, виновник") - движущая, действующая сила какого-либо процесса, явления, определяющая его характер или отдельные его черты". https://gufo.me/dict/bes/ФАКТОР
  
  Это вроде понятно.
  А вот как этот термин применяется в биологии:
     F-фактор - конъюгативная эписома бактерий E. Coli. https://ru.wikipedia.org/?oldid=96297665
     Факторы транскрипции - белки́, контролирующие перенос информации с молекулы ДНК в структуру мРНК. https://ru.wikipedia.org/?oldid=96637014
     Факторы роста - это естественные соединения, способные стимулировать рост, пролиферацию и/или дифференцировку живых клеток." https://ru.wikipedia.org/?oldid=95755231
  
  В основном, здесь "фактор", чаще всего, это все же какой-то белок, отвечающий за то или иное действие, проявление которого мы хотим отметить. Но это может быть и другое соединение, а иногда и какая-то органелла или её часть ...
  Общая картина складывается такая [10.11]:
  "Первичные сигналы распознаются клетками благодаря наличию у них специальных молекул-рецепторов белковой природы, взаимодействующих с первичными сигнальными молекулами или с физическими факторами. Первичный сигнал, как правило, не действует прямо на те метаболические процессы в клетке, для регуляции которых он предназначен. Воспринимающий его рецептор инициирует образование в клетке промежуточных химических соединений, запускающих внутриклеточные процессы, воздействие на которые было целью первичного внеклеточного сигнала. Такие промежуточные соединения несут в себе информацию о первичном регуляторном сигнале и являются вторичными его переносчиками, поэтому они получили название вторичных мессенджеров. Ими могут быть различные ионы, циклические нуклеотиды, продукты деградации липидов и целый ряд других химических соединений биогенного происхождения.
  Вторичные мессенджеры позволяют усиливать первичный регуляторный сигнал от внеклеточных регуляторных молекул. Группы клеток и тканей приобретают способность к однотипной и одновременной реакции на первичный регуляторный сигнал, например, на действие гормона эндокринной системы. Это обеспечивает возможность быстрой адаптации многоклеточного организма к изменяющимся условиям внутренней и окружающей среды". (http://humbio.ru/humbio/cell_sign3/0002f8d0.htm)
  
  Еще немного уточним [10.11]
  "Изучение механизмов передачи и усиления сигналов является одной из основных задач биологии клетки. Их знание необходимо для понимания механизмов формирования функционального ответа клеток в норме, его регуляции и коррекции при патологических состояниях. В настоящее время известно около 50 белков-лигандов и 14 семейств рецепторов.
  Существует несколько более или менее стандартных способов передачи сигнала от клеточной поверхности внутрь клетки, хотя эта проблема еще далека от окончательного понимания и постоянно появляются новые варианты сигнализации. Например классический обобщенный путь передачи сигнала заключается в цепочке взаимодействий - сигнальная молекула - рецептор на поверхности клетки - внутриклеточный усилительный механизм - включение определенных специфичных для данного сигнала генов".[10.11]
  
  Вот главное. Цепочка взаимодействий: сигнальная молекула - рецептор на поверхности клетки - внутриклеточный усилительный механизм - включение ... определенных специфичных для данного сигнала генов.
  Мы уже говорили, что не могут все сигнальные пути заканчиваться только на генах. Должны быть и многочисленные пути регулирования разных процессов внутри клетки, а не только пути от внешних рецепторов до генов.
  Во всех путях есть общее...
  
  
  

Каскад передачи сигнала.

  Появляется еще один термин - каскад передачи сигнала:
  "Если внешняя сигнальная молекула воздействует на рецепторы клеточной мембраны и активирует их, то последние передают полученную информацию на систему белковых компонентов мембраны, называемую каскадом передачи сигнала.
  Мембранные белки каскада передачи сигнала подразделяют на:
     белки-преобразователи, связанные с рецепторами
     ферменты-усилители, связанные с белками-преобразователями (активируют вторичные внутриклеточные посредники , переносящие информацию внутрь клетки).
  Так действуют рецепторы, сопряженные с G-белками.
  Другие рецепторы (ионные каналы, рецепторы с протеинкиназной активностью) сами служат умножителями". (https://ru.wikipedia.org/?oldid=90308990)
  
  Немного уточним. Сигнальные пути с использованием G-белков составляют примерно 80% от всех путей [10.11]:
  "Примерно 80% первичных мессенджеров (гормоны, нейротрансмиттеры, нейромодуляторы) взаимодействуют со специфическими рецепторами, которые связаны с эффекторами через G-белки.
  G-белки - белки, связывающие гуанозиновые нуклеотиды. G-белки, ассоциированные с рецепторами, связаны с мембраной [Hamm, ea 1996]. В неактивном состоянии они связаны с GDP. При связывании рецептора с лигандом GDP замещается на GTP, в результате чего происходит активация. Процесс этот сравнительно медленный, протекающий в течение секунд - десятков секунд".Введение. Из истории открытия С-белков https://studopedia.su/10_36606_vvedenie.html
  
  Зачем нам каскад передачи сигнала?
  Поступающий сигнал слаб, это лишь одна молекула какого-то биохимического соединения! Клетка должна его 'усилить', увеличить количество таких или иных сигналов, но говорящих о том, что появился конкретный первичный сигнал, чтобы их смогли воспринять внутриклеточные приемники. Эту проблему клетка решает использованием каскадных механизмов усиления сигнала [10.11]:
  "Ферментный каскад: общая характеристика
  Для усиления сигнала с рецептором должна связаться молекула фермента либо он сам является ферментом. ... В обычном состоянии рецепторный фермент неактивен. При связывании сигнальной молекулы фермент переходит в активное состояние. Этот акт сам по себе уже представляет собой усиление сигнала, потому что фермент может осуществить превращение многих молекул субстрата.
  Но усиление может быть значительно большим, если первый фермент в качестве субстрата использует другой фермент. Тогда в клетке появляется вместо одной молекулы первого фермента множество молекул второго. Они способны осуществить гораздо больше превращений субстрата, чем первый.
  Если субстратом второго фермента в свою очередь является третий фермент, то сигнал усиливается еще сильнее. Мы с вами уже видели принцип каскада на примере передачи сигнала клеточной смерти в очерке, посвященном генной терапии. Там для этой цели использовался каскад ICE протеаз. Такое же усиление может достигаться с помощью протеинкиназ, ферментов, фосфорилирующих белки.
  ...В этом каскаде происходит огромное усиление сигнала. Одна молекула адреналина может вызвать активацию сотен a-субъединиц G белков. Каждая из них в свою очередь будет активировать аденилатциклазу, которая в свою очередь синтезирует сотни молекул сАМР. сАМР активирует протеинкиназу А, которая модифицирует сотни молекул-мишений в клетке.
  Рассмотрим этот каскад на примере активации гормонами гликогенолиза. Одна молекула гормона 'включает' в работу одну или несколько молекул аденилатциклазы, в результате чего внутри клетки образуются тысячи молекул цАМФ. На этом этапе сигнал усиливается в 102-103 раз.
  Образующаяся цАМФ "включает" другой катализатор - протеинкиназу, усиливая при этом сигнал еще в 100 раз. Сигнал усиливается и при включении киназы фосфорилазы и самой фосфорилазы.
  Суммарное усиление сигнала равно 106-107раз, т. е. по механизму каскадного усиления одна молекула регулятора потенциально способна привести к изменению состояния или структуры миллионов других молекул. Этот механизм регуляции может воздействовать (прямо или опосредованно) на многие метаболические процессы и клеточные функции.
  Без каскадного усиления сигнала ни гормоны, действующие при концентрации 10-10 - 10-7М, ни Са2+ и циклические нуклеотиды, концентрации которых в цитоплазме не превышают 10-6, не могли бы регулировать активность, такого фермента, как фосфорилаза , поскольку ее концентрация в клетке составляет 10-5M.
  В большинстве случаев в ферментном каскаде с участием цАМФ осуществляется двухэтапное усиление - через активацию аденилатциклазы и цАМФ-протеинкиназы. В случае регуляции гликогенолиза мы наблюдаем дополнительное усиление за счет последовательного подключения еще одной протеинкиназы - киназы-фосфорилазы.
  Действие ряда гормонов, простагландинов и нейромедиаторов на синтез цГМФ опосредуется входом Са2+ в клетку. Следовательно, в отличие от цАМФ, который является вторым посланником регуляторного сигнала (первый - гормон), цГМФ часто выступает в качестве третьего посланника в проведении регуляторного сигнала. Поэтому в цГМФ-зависимом ферментном каскаде может достигаться большая степень усиления.
  
  Ферментный каскад: системы обратных связей
  Ферментный каскад усиления имеет системы, гасящие его. Это - фосфодиэстераза, гидролизующая циклические нуклеотиды, и фосфопротеинфосфатаза, дефосфорилирующая фосфобелки. Таким образом ферментный каскад состоит из целого ряда ферментов, каждый из которых находится под метаболическим контролем - испытывает регуляторное воздействие внутриклеточных метаболитов, кофакторов и коферментов.
  Так осуществляется интеграция внутриклеточных и внеклеточных процессов, коррекция внутренними факторами внешних регуляторных воздействий. Последовательное участие в ферментном каскаде целого ряда ферментов делает регуляцию со стороны метаболитов и кофакторов более тонкой и множественной.
  Каждый из этапов передачи сигнала в ферментном каскаде находится под контролем специальных защитных механизмов.
  Длительное действие гормона приводит к десенсибилизации мембранных рецепторов - они либо инактивируются, либо маскируются, в результате чего степень активации аденилатциклазы снижается.
  Если концентрация цАМФ в клетке длительное время повышена, может проиходить фосфорилирование мембран, что приводит к повышению в цитоплазме концентрации Са2+. В результате этого ускоряется гидролиз цАМФ и образуется цГМФ, часто оказывающий эффекты противоположные эффектам цАМФ. Под действием цАМФ может индуцироваться синтез фосфодиэстеразы и белковых модуляторов протеинкиназ, снижающих сродство к цАМФ у регуляторных и подавляющих фосфотрансферазную активность каталитических субъединиц фермента. Защита от "перевозбуждения" наблюдается даже на уровне субстратов цАМФ-зависимого фосфорилирования.
  На примере киназы фосфорилазы мы видели, что после быстрого фосфорилирования бета-субъединицы (при этом фосфорилировании фермент активируется) происходит медленное фосфорилирование альфа-субъединицы, что приводит к резкому ускорению дефосфорилирования бета-субъединицы и возвращение фермента в исходное, малоактивное состояние. Точно также и связывание цАМФ с регуляторной субъединицей протеинкиназы сначала способствует диссоциации, но затем ускоряет их рессоциацию - возвращение в каталитически неактивное состояние, так как облегчает дефосфорилирование регуляторной субъединицы фосфопротеинфосфатазой.
  Столь большое число защитных механизмов, которые мы находим в ферментном каскаде, по-видимому, связано с важной ролью этого регуляторного процесса, а также с тем, что через систему циклических нуклеотидов действуют главным образом те гормоны и гормоноподобные вещества, которые стимулируют катоболизм веществ в клетке. Если бы не срабатывали "механизмы защиты", то стимуляция синтеза цАМФ адренолином могла бы вызвать полное расщепления гликогена скелетных мышц всего за несколько минут.
  Так же быстро организм лишился бы жировых запасов. Быстрое сжигание энергетических ресурсов сопровождалось бы резким перегревом, многими другими явлениями, приводящим к тяжелым функциональным расстройствам. Фосфорилирование белков, в котором участвуют циклические нуклеотиды, являются не менее важным и не менее распространенным регуляторным процессом, чем такие механизмы регуляции, как изменение проницаемости мембран или индукция - репрессия синтеза белков.
  В тоже время, среди способов химической модификации фосфорилирование - лишь один из путей регуляции функциональной активности белка, протекающий на ряду с метилированием, аденилированием, АДФ-рибозилированием, ацетилированием и процессингом белков.
  Среди реакций фосфорилирования циклические нуклеотиды - весьма важные, но не единственные регуляторы. Ферментный каскад, в котором участвуют циклические нуклеотиды, не уникален и как система усиления регуляторного сигнала. Так, например, активация протромбина протекает через ферментный каскад (система свертывания крови), в котором участвуют не 2-3 усилителя сигнала, а более 5. Соответственно, и степень усиления регуляторного сигнала достигается большая. Из всех способов химической модификации белков мы подробно рассмотрели только процессы фосфорилирования, в которых участвуют циклические нуклеотиды. Это объясняется не "центральной ролью" этих регуляторов, а уровнем современных знаний о молекулярных механизмах действия разных регуляторов. К сожалению, роль в нейроэндокринной регуляции таких способов модификации белков, как метилирование, аденилирование, ацетилирование и т.д., пока не достаточно ясна. Многие регуляторные процессы остаются в "тени" не потому, что они менее важны, а потому, что знания об их роли и молекулярных механизмах проявления недостаточно полны". http://humbio.ru/humbio/cytology/001dbfb6.htm
  
  
  

Реакция клетки на сигналы.

  Этот момент отдельно мы пока не исследовали.
  Сигнальный путь от рецептора до "мишени" уже стал немного понятен. А что дальше?
  Кстати, "рецептор" и "мишень" для клетки понятия относительные. Любая мишень для молекулы-лиганда является рецептором, с которым лиганд образуется соединение, как-то реагирующее на получение этого сигнала...
  Здесь снова новая терминология. Учтем это и постараемся разобраться, как в клетке происходит реакция на полученные сигналы.
  Видимо, через эффекторы:
  "В молекулярной биологии и биохимии под термином эффектор или эффекторная молекула обычно понимается малая небелковая молекула, которая селективно связывается с теми или иными белками и регулирует их биологическую активность. В этом смысле эффекторные молекулы работают как специфические лиганды, которые могут повышать или снижать активность ферментов, транскрипцию и экспрессию генов, или внутриклеточный либо межклеточный процесс передачи сигнала. Эффекторные молекулы также могут непосредственно регулировать активность некоторых молекул мРНК (быть так называемыми "рибопереключателями").
  В некоторых случаях в качестве эффекторных молекул могут выступать и достаточно крупные молекулы белков (так называемые эффекторные белки, которые тоже могут называть просто эффекторами), особенно во внутриклеточных сигнальных каскадах". https://ru.wikipedia.org/?oldid=68772761
  
  Некоторые примеры эффекторов:
  "Первичные эффекторы - это эффекторные белки, являющиеся инициаторами соответствующих сигнальных каскадов. Например, в аденилатциклазном сигнальном пути первичным эффектором является аденилатциклаза, в фосфолипазном - фосфолипаза C. Первичные эффекторы вызывают образование вторичных посредников, а те, в свою очередь, активируют вторичные эффекторные белки.
  Вторичные эффекторы - это эффекторные белки, являющиеся мишенями для воздействия вторичных посредников. Например, в аденилатциклазном пути основной вторичный эффектор - это протеинкиназа A, а в фосфолипазном - протеинкиназа C.
  Третичные эффекторы - это эффекторные белки, являющиеся мишенями для воздействия вторичных эффекторов (нередко более одной мишени). Аналогично выделяют и далее четвертичные эффекторы и эффекторы N-го порядка, где N - уровень в каскаде передачи внутриклеточного сигнала.
  Аллостерические эффекторы - это эффекторные молекулы, которые могут связываться с регуляторными белками, вовлечёнными в транскрипцию РНК, с тем, чтобы изменить их активность.[1] В частности, благодаря аллостерической активации активаторные белки становятся активными и могут связываться с ДНК и облегчать инициацию работы РНК-полимеразы, а репрессорные белки становятся неактивными и не могут связываться с ДНК и помешать работе РНК-полимеразы. Как следствие, РНК-полимераза может связываться с ДНК и начать процесс трансляции. Аллостерическое ингибирование - обратный процесс.
  Бактериальные эффекторы - это эффекторные белковые молекулы, которые выделяются бактериями во внешнюю среду и воздействуют на жизнедеятельность клеток организма хозяина, или даже непосредственно впрыскиваются (инъецируются) бактериями (обычно патогенными) в клетки организма хозяина. Процесс инъекции (впрыскивания) опосредуется специализированной секреторной системой бактерий, например, в частности, секреторной системой III-го типа.[2]
  Грибковые эффекторы - это эффекторные белковые молекулы, которые секретируются патогенными грибками во внешнюю среду или непосредственно в клетки организма хозяина с целью ослабить иммунитет хозяина, облегчить инвазию и колонизацию". https://ru.wikipedia.org/?oldid=68772761
  
  Вот она первичная система связи. На рис. 10.11.
10life [ANikitin]
  Рис.10.11. Образование посредника
  Как внутри клетки, так и с внешним миром...
  Сначала эффекторы были небелковыми молекулами, воздействующими на определенные белки или даже органеллы "получателя" этого "сообщения". Постепенно, на систему простых эффекторов наложилась система ферментов для общения между клетками колонии и внутри клетки, а потом добавилась еще более современная система гормонов во внешней среде многоклеточного организма.
  Первичную связь мы пока не знаем. Но постараемся узнать. Пока мы узнали сигнальные пути одного древнего эффектора - Ca2+, ионов кальция. Здесь же где-то должны присутствовать и другие металлы: К, Na, Fe, и т.д. Пока это мы только зафиксируем.
   Но сразу скажем, это только самая общая схема движения сообщения от мембраны до какого-то объекта в клетке. На самом деле и разных сигналов много, и рецепторов, и способов их взаимодействия, и способов прохождения сигнального сообщения от посредника к посреднику или от эффектора к эффектору....
  Кому как понятнее.
  Например, самая общая информация о рецепторах:
  "   А. сигнальные молекулы - гормоны, медиаторы, эйкозаноиды, факторы роста, оксид азота. Сигнальными молекулами могут быть неполярные и полярные вещества. Неполярные вещества, например стероидные гормоны, проникают в клетку, проходя через липидный бислой. Полярные сигнальные молекулы в клетку не проникают, но связываются специфическими рецепторами клеточных мембран. Такое взаимодействие вызывает цепь последовательных событий в самой мембране и внутри клетки. К полярным сигнальным молекулам относят белковые гормоны (например, глюкагон, инсулин, паратгормон), нейромедиаторы (например, ацетилхолин, глицин, γ-аминомасляная кислота), факторы роста, цитокины, эйкозаноиды.
    Б. рецепторы
  По локализации различают мембранные, цитоплазматические и ядерные рецепторы. По другой классификации все рецепторы можно разделить на быстроотвечающие (в пределах миллисекунд) и медленноотвечающие, в пределах нескольких минут или даже часов, что характерно для гормонов, передающих сигнал на внутриклеточные рецепторы. (См. рис 10.12.)
10life [ANikitin]
  Рис.10.12. Пути передачи сигнала в клетку https://ppt-online.org/153549
   Рецепторы первого типа - интегральные олигомерные белки, содержащие субъединицу, имеющую центр для связывания сигнальной молекулы и центральный ионный канал (рис. 10.13. поз.1.).
   Рецепторы второго типа, локализованные в мембранах и не связанные с каналами, подразделяют на 2 большие группы: каталитические рецепторы (рис. 10.13.поз.2. и поз.4.), обладающие собственной тирозинкиназной или гуанилатциклазной активностью, и рецепторы, взаимодействующие через G-белок с мембранным ферментом (рис. 10.13. поз.3. и поз.5.). Связывание лиганда (например, гормона) с рецептором на наружной стороне клеточной мембраны приводит к изменению активности цитоплазматического фермента, который, в свою очередь, инициирует клеточный ответ, т.е. через мембрану переносится информация, а не заряды или какие-либо растворённые молекулы.
  В случае цитоплазматических рецепторов че?рез мембрану проходит гормон, а информация о присутствии гормона в клетке с помощью ре?цептора передаётся в ядро (рис. 10.13. поз.6.).
  Различные клетки организма в зависимости от выполняемых ими функций имеют опреде-лённый набор рецепторов. В мембране одной клетки может быть более десятка разных типов рецепторов. Взаимодействуя с рецептором, вне?клеточные химические посредники оказывают влияние на метаболизм и функциональное со?стояние (пролиферация, секреция и т.д.) кле?ток-мишеней". https://megaobuchalka.ru/6/19327.html
  
  Оказывается, мембранные рецепторы могут быть 'замочком', регулирующим проход ионов через мембранный канал в клетку. Они могут стоять и уже на внутренней стороне мембраны клетки, рядом с каналом пропуска сигнала в клетку и там связывать сигнал (см. п. 4 на рис. 10.13.), переводя систему 'сигнал-рецептор' в состояние, позволяющее ей достигнуть нужного органа клетки. Но, чаще всего рецепторы взаимодействуют с сигналами еще на внешней стороне мембраны с включением механизма образования первичных посредников, которые и доносят сообщение о прибытии сигнала до нужного органа клетки. Уточним, что мембранные рецепторы работают на всех клеточных мембранах, от наружной до внутриядерных.
  Цитоплазматические рецепторы взаимодействуют со своими лигандами (сигналами, посредниками) прямо в цитоплазме клетки. В этом случае каскады-посредники свободно перемещаются в клеточном пространстве. И вероятность встречи рецептора и его лиганда резко возрастает.
  Ядерные рецепторы работают непосредственно в ядре, чаще всего, например, это регуляторные белки, находящиеся прямо на цепи ДНК генома.
10life [ANikitin]
  Рис.10.13.Участие рецепторов в трансмембранной передаче сигнала.
  Рецепторы:
  1 - связанные с ионными каналами, на?пример рецептор ГАМК;
  2 - с каталитической активностью (рецептор инсулина);
  3 - передающие сигнал на фосфолипазу С, например α,-адренорецептор;
  4- с каталитической активностью (гуанилатциклаза, рецептор ПНФ);
  5- передающие сигнал на аденилатциклазу, например β-адренорецепторы;
  6 - связывающие гормон в цитозоле или ядре, например рецептор кортизола. пнф - предсердный натрийуретический фактор.
  И вот очень важное замечание:
  "Л. Специфичность сигнализации
  Для исследователей, имеющих представление о количестве сигнальных молекул, о соответствующем количестве рецепторов, о трансмембранных системах передачи сигналов, вторичных посредниках, остаётся загадкой, как протеинкиназы выбирают соответствующий фермент метаболического пути для фосфорилирования. Исследователи для объяснения этого явления предлагают "гипотезу мишени" (от англ, targeting hypothesis). По этой гипотезе специфичность протеинкиназ и фосфопротеинфосфатаз достигается путём образования компартментов на мембране, в состав которых входят не только сами протеинкиназы и фосфопротеинфосфатазы, но и специфические белки-субстраты. Наличие остатка миристиновой или пальмитиновой кислоты в структуре белков-субстратов - условие их "заякоривания" в соответствующем мембранном компартменте.
  Однако в большинстве случаев процесс активации какого-либо метаболического процесса находится под контролем не одной, а нескольких систем внутриклеточной сигнализации, поэтому важным фактором ответа клеток служит взаимосвязь этих систем".[10.12]
  
  Сегодня конечным пунктом получения исполнительного сигнала в клетке конечно же считаются гены, точнее, даже определенные белки, отвечающие за определенные участки (сайты), которые или активируют трансляцию этих участков или блокируют. Для современной биологии почему-то именно эти конечные точки получения исполнительных сигналов стали самыми важными. И именно эти сигнальные пути исследуются в первую очередь. Но количество вопросов по регулированию в клетке от этого не уменьшается...
  Я думаю, скоро все встанет на свои места и будут исследоваться все сигнальные пути клетки вне зависимости от их конечной точки. Где "сигнал", теперь уже управляющий, приводит к нужному результату.
  
  
  

Начинаем собирать понимание.

  Тут сразу начинаются сложности. И у биологов, и у всех остальных.
  Но у всех разные.
  Для биологов совершенно понятно, что каждый вид белков создает свой сигнальный канал. Понятно, как создает, что при этом происходит с точки зрения биохимии и биологии клетки. Непонятности остаются в смысле этого для всей клетки, как автомата.
  Для всех остальных непонятно все то, что понятно биологам. Но немного понятен общий смысл действия сигнальных каналов и некоторые их технические характеристики, которые приведены выше. Видимо, как-то так идет управление процессами в клетке. Но, как - так? Это непонятно.
  Почему так получается?
  Потому, что биологи работают с огромным фактологическим материалом конкретных биохимических реакций, вычленяя из них еще более конкретные реакции, проводящие информационное сообщение от внешней среды до конечного пункта внутри клетки. Они и не хотят вникать в философские обобщения того, что они исследуют. Им с лихвой хватает того, чем они заняты каждый день.
  Всем остальным, интересующимся этими вопросами, но не знающим ни биологии, ни биохимии, наоборот, совершенно все равно, в чем там копаются биологи или биохимики. Им просто хочется понять основу этих процессов и их конечный смысл. Больше им не надо. Тут своя область понимания. И она почти не соприкасается с биологией и биохимией.
  Вот с этим общим, с основой и пора разобраться.
  Начнем с сигнализатора. Сигнальная цепь начинает работать, когда какой-то лиганд, (гормон или фермент) активирует соответствующий рецептор. Лиганд включает в рецепторе механизм образования вторичного внутриклеточного посредника. А этот "посредник" уже в свою очередь, доходит до нужного места в клетке, запускает химические каскады усиления в клетке и тем увеличивает количество "вторичных посредников" в миллионы раз, что и гарантирует попадание какого-то из них в нужную "мишень".
  В настоящее время известно около 50 белков-лигандов и 14 семейств рецепторов.
  Много это или мало?
  Это очень много.
  Внешним агентом передачи информации для клетки являются, например, гормоны. Гормоны и формируются для межклеточного общения. 50 различных гормонов находят на внешней стороне клеточной мембраны свои рецепторы для фиксации своего прибытия или проникновения в клетку. Гормоны - это и первичные лиганды для первичных "мишеней" - рецепторов. 'Мишени' запускают процесс формирования эффекторов или эффекторных белков. Как вторичных посредников.
  Задействовано огромное количество белковых соединений, которые объединяются по 14 группам рецепторов, определяющих последующий сигнальный путь от внешней мембраны клетки до ... чаще всего какого-то очень определенного 'сайта' ДНК или РНК.
  Внутри клетки посредниками между "эффекторами" и "мишенями" стали сложные полипептиды. Их задача точно такая же - найти свою "мишень". И запустить свое исполнительное действие. Так проходит любой сигнальный путь в клетке...
  При этом запускается целая вереница химических реакций. Сигнальный путь.
  Это: Межклеточный белок, лиганд - рецептор - вторичный посредник, фермент - ферментный каскад усиления с системами обратных связей, посредник - конечная мишень, конечный эффектор.
  Все составляющие этого пути - белки, одной группы происхождения.
  Читаем для уточнения понимания:
  "В этом высоко интегрированном процессе можно различить две составляющие: катаболизм и анаболизм, которые тесно взаимосвязаны и не осуществимы друг без друга. В ходе катаболитных реакций происходит расщепление более сложных и разнообразных веществ на более простые (строительные блоки), число которых довольно ограничено. В большинстве случаев эти процессы сопровождаются окислением веществ, поэтому результатом таких реакций является образование восстановительных эквивалентов. Кроме того, в процессе катаболизма выделяется свободная энергия, которая может быть запасена в макроэргических связях АТР". https://poznayka.org/s2499t1.html
  
  В регуляции метаболизма используется ковалентная модификация активности ферментов - обратимая и необратимая.
  Обратимая модификация активности фермента часто происходит под действием вторичных посредников, а необратимая - по каскадному механизму.
10life [ANikitin]
  Рис.10.14. Взаимосвязь реакций катаболизма и анаболизма.
  Далее читаем:
  "К явлению ковалентной модификации относятся: ограниченный протеолиз (укорочение полипептидных цепей), фосфорилирование - дефосфорилирование, аденилирование - деаденилирование, ацетилирование-деацетилирование и др.". https://poznayka.org/s2495t1.html
  
  Сигнальный путь включает в себя один или несколько посредников и несколько усилительных каскадов, охваченных обратными связями, создающих в некоторых случаях "усиление" передаваемого "сигнала" до уровня 107 к первичному уровню фиксации лиганда на рецепторе. Это же формальное усиление в 10 миллионов раз!
  При этом, на каждом этапе в работу включаются новые посредники и уничтожаются предыдущие. Тем самым сохраняется четкая последовательность в фиксации этапа движения информации по сигнальному пути.
  Странно. Кажется, что понятно, но и ...непонятно.
  Общий механизм вроде понятен, а зачем все это?
  Мы сейчас сформировали общее понимание работы... машины управления клетки.
  
  Основные взаимодействия и преобразования сигналов машины управления происходят в цитоплазме клетки. Фиксированную привязку к определенному месту в объеме клетки имеют только начальные и конечные точки сигнальных путей, а все их взаимодействия происходят в жидкости цитоплазмы.
  
  Если же смотреть в объеме всей клетки..., то машина, это миллионы рибосом шероховатого и гладкого ретикулума, собирающих миллиарды белковых сигналов, которые разносятся течением цитоплазмы по всей клетке и находят там "свои" "места работы", рецепторы, каскады усиления, точки взаимодействий...
  Они "начинают" какой-то сигнальный путь, проводят его по всем участкам взаимодействий, преобразований и модификаций, через посредников и каскады усиления, и заканчивают его каким-нибудь исполнительным белком, производящим то или иное конечное действие...
  Я просто напомню, что мы имеем дело с десятками белков-лигандов, десятком семейств белков-рецепторов, десятками тысяч белков разной сложности... А конечное разнообразие белков в клетке измеряется миллионами...
  Они появляются, взаимодействуют и... исчезают, чтобы уступить место новым. Скорости взаимодействий измеряется от сотни за секунду, до одного за несколько часов, в зависимости от типа реакций во взаимодействии.
  Здесь я бы еще раз обратил внимание на глобальное отличие белковых автоматических систем от, например, электронных:
     В электронных автоматах все точки взаимодействий фиксированы в пространстве, двигается рабочая среда, например поток электронов.
     В белковых автоматах фиксированы только точки начала и конца сигнального пути. При этом от начала уходит один белок, а к концу его приходит совершенно другой. Все точки взаимодействий находятся в рабочей среде, часто двигаясь вместе с остальными составляющими цитоплазмы.
     Вся белковая логика работает там, в цитоплазме, а к точке финиша приходит только конечный результат. В виде конечного сигнала.
  
  По этой причине реальную логическую мощность машины управления клетки наверное можно оценить только по количеству одновременно присутствующих белков в рабочей зоне взаимодействий или по объему их синтеза за единицу времени. Но можно точно сказать, вычислительная мощность этой машины ... огромна. Она должна составлять многие миллионы операций в секунду...
  Но со временем, технологии обработки сигнала, появившиеся в клеточном управлении потребовали новых уровней управления и новых функциональных автоматов и нового комплекса их использования.
  
  
  

Надстройка Субъект.

  Примерно 1,5 млрд. лет назад условия существования клеток на Земле стали просто катастрофическими. Для выживания требовалось радикальное средство усиления функций управления. И машина управления клетки формирует надстройку управления Субъект [10.9], а вместе с ним и новой вид управления - информационное.
  Как мы помним, до этого момента всё управление в клетке было сигнальным.
  Система функционировала на основе белковых сигналов. Контрольных, идущих по сигнальным путям от рецепторов и локальных функциональных автоматов, и исполнительных воздействий, это тоже сигналы, но идущие от машины управления к исполнительным органам или механизмам клетки.
  Сигнальное управление стало качественным функциональным развитием сигнальных систем автоматического регулирования.
  Информационное управление отличается от сигнального прежде всего смыслом сигналов, передаваемых по каналам связи.
  Если ранее сигналы могли передавать функцию, как вирусы, или иметь отличительные свойства для опознавания, как в системе "свой-чужой", то новый вид сигналов уже должен быть сообщением о каком-то произошедшем изменении, стать информацией об этом изменении.
  Такие радикальные изменения в машине управления клетки привели к появлению нового домена клеток - эукариот.
  
  
  

Где Субъект в клетке?

  Что же в клетке можно сопоставить с Субъектом?
  Видимо, какую-то органеллу...
  Она должна состоять из сети каналов и иметь множественные соединения с шероховатой ЭПС, главной структурой машины управления клетки.
  Есть такая органелла. Это гладкая ЭПС.
  "Функции агранулярного эндоплазматического ретикулума:
  Агранулярный эндоплазматический ретикулум участвует во многих процессах метаболизма. Также агранулярный эндоплазматический ретикулум играет важную роль в углеводном обмене, нейтрализации ядов и запасании кальция. Ферменты агранулярного эндоплазматического ретикулума участвуют в синтезе различных липидов и фосфолипидов, жирных кислот и стероидов. В частности, в связи с этим в клетках надпочечников и печени преобладает агранулярный эндоплазматический ретикулум.
  Синтез гормонов
  К гормонам, которые образуются в агранулярной ЭПС, принадлежат, например, половые гормоны позвоночных животных и стероидные гормоны надпочечников. Клетки яичек и яичников, ответственные за синтез гормонов, содержат большое количество агранулярного эндоплазматического ретикулума.
  Накопление и преобразование углеводов
  Углеводы в организме накапливаются в печени в виде гликогена. Посредством гликогенолиза гликоген в печени трансформируется в глюкозу, что является важнейшим процессом в поддержании уровня глюкозы в крови.
  Один из ферментов агранулярного ЭПР отщепляет от первого продукта гликогенолиза, глюкоза-6-фосфата, фосфогруппу, позволяя таким образом глюкозе покинуть клетку и повысить уровень сахаров в крови.
10life [ANikitin]
  Рис.10.15. Агранулярная эндоплазматическая сеть
  Нейтрализация ядов
  Гладкий эндоплазматический ретикулум клеток печени принимает активное участие в нейтрализации всевозможных ядов. Ферменты гладкого ЭПР присоединяют к молекулам токсичных веществ гидрофильные радикалы, в результате чего повышается растворимость токсичных веществ в крови и моче, и они быстрее выводятся из организма. В случае непрерывного поступления ядов, медикаментов или алкоголя образуется большее количество агранулярного ЭПР, что повышает дозу действующего вещества, необходимую для достижения прежнего эффекта". https://ru.wikipedia.org/?oldid=95426564
   Гладкая ЭПС все же содержит на стенках рибосомы, просто они здесь не в таком количестве, как на стенках шероховатой ЭПС и оболочке ядра. Но, есть.
  Видимо, гладкая ЭПС относится к древнейшим структурам клетки, может быть время её возникновения сопоставимо с появлением аппарата Гольджи, но...
  Только эту гладкую ЭПС можно сопоставить с Субъектом по мощности каналов соединения её с шероховатой ЭПС клетки, ставшей главной машиной управления клетки.
  Да, Субъект вполне мог развиться и из органеллы, уже имевшей в клетке какие-то функции. Например, функция создания запаса гликогена. Правда, в сочетании с функцией нейтрализации ядов или синтезом гормонов это уже не кажется чем-то остаточным, наоборот, это похоже на локализацию новых сложных функций клетки в новой структуре клетки.
  Пока остановимся на этой версии.
  И продолжим...
  
  
  

Субъект - новый уровень борьбы со случайностью...

  Для решения каких задач в клетке появился новый уровень управления - Субъект?
  Для дальнейшего противостояния случайности и защиты существования.
  Мы уже неоднократно говорили о самом главном враге любого живого организма - случайности. Она действует на любой организм, от неё нет защиты, её можно использовать, можно ограничивать, но исключить невозможно. И потому, существование всегда идет "по краю" и может закончиться в любой момент от очередной случайности.
  Но ведь можно, если не исключить, то хоть как-то ограничить действие случайности?
  Можно. А надо?
  О, как... Сложный вопрос....
  Случайность, это единственный механизм, движущий... эволюцию. И не только эволюцию, но и все изменения, происходящие вокруг нас. Любые происходящие изменения и действия в основе своей имеют случайность. Это либо случайная ошибка, либо её следствие в виде изменений. Теоретически исключение случайности ведет к полной остановке всего мироздания. Но, хорошо, что только теоретически...
  Тогда, видимо надо приспосабливаться к её неизбежности, стремиться как-то её ограничивать, пытаться как-то управлять её проявлениями?
  Естественными ограничителями случайности является само существование, и... множественность существующих объектов [10.9]. Случайность действует всегда индивидуально. Каждый объект множества испытывает свой вариант действия случайности, и потому, хоть один, да исполнит свое предназначение, продолжит свое существование в следующем поколении. Появится новое множество... и снова всё повторится... в новых условиях существования.
  Теперь вспомним, регресс ведет к упрощению системы до... нуля, с прекращением существования. Только прогрессивное существование двигает колесо эволюции. Прогресс находит новые возможности управления проявлениями случайности, ограничения её действия для продления существования.
  
  Машина управления клетки, постоянно находясь под давлением случайности, выработала вынужденный режим своей работы. С точки зрения человека, привыкшего к компьютерным решениям, это вариант поддержания работоспособности кажется весьма спорным, но... другого не нашлось.
  
  Какой?
  Сначала нужно понять, с чем мы имеем дело, понять его некоторые стороны...
  Вот, например...
  
  

Ненаправленность действий.

  Режим активного существования, когда всё в пределах нормы, это поддержание активного существования в режиме авторегулирования Можно признать такой режим существования, как естественный. Когда ничего не нужно, ничего не грозит, никто никуда не торопится...
  Именно это состояние любого организма самое... усредненное, общее, самое нормальное. Клетка именно так и существовала миллиарды лет. Такой режим существования никуда не делся и у более развитых биологических организмов.
  Но именно в это время случайность формирует какие-то свои спонтанные действия не нарушающие существование и не имеющие какой-то целевой направленности. Это выражается, например, в том, что система управления, поддерживая какой-то минимально необходимый обязательный уровень работоспособности, в условиях отсутствия реальных необходимостей и ощущений начинает их... моделировать, формулировать, придумывать,... слово тут сложно пока подобрать.
  Этот режим иногда оказывается очень действенным инструментом при решении некоторых задач управления. И любая "живая" машина управления пользуется этим режимом очень часто.
  Самое важное в этом режиме - поддержание постоянства уровня работоспособности системы. Управление должно работать даже в условиях, когда управление... не нужно. Хотя бы потому, что для быстрого противодействия неожиданно возникающим случайностям нужно поддерживать необходимый уровень активности.
  Активное существование должно быть постоянным. Этот глобальный вывод машина клетки сделала. И больше ни одна клетка никогда его не нарушала. Остановка активного существования для клетки - смерть.
  Человек также частенько переходит на такой вид существования, если нет каких-то целей или сигналов, смещающих эту ненаправленность и неопределенность существования куда-то в сторону конкретики.
  
  

Конкуренция целей.

  Это критичный вариант внутренней конкуренции под действием случайности в системах централизованного управления. Чаще всего возникает или в сложных условиях существования или... при отсутствии необходимой и реальной цели. Когда уже сформировано некоторое множество целей, которые надо достигать, но выбор цели пока не произведен по каким-то причинам.
  И машина управления переходит на.... случайный выбор приоритета целей. А попросту, хаотично делает действия в сторону любой случайной цели в каждый момент времени.
  Казалось бы - зачем?
  Целевой характер управления должен противоречить этому режиму поиска целей. Наоборот, цель диктует направленность всех решений управления да достижение этого объекта устремлений. Как же так?
  Но... что делать, если машина работает, остановить её нельзя, а... делать ей... нечего?
  Ну нет у машины сейчас ни реальных глобальных задач достижения каких-то срочных целей, ни срочных действий по их достижению... Нет. Весь организм перешел на адаптивное управление и самостабилизацию, глобальные срочные проблемы пока не возникли...
  Вот тут и возникает это состояние... появления ложных целей. Или потенциальных целей, тут кому как нравится. Смысл в том, что машина сама для себя начинает генерировать какие-то цели, которые реальными или даже потенциальными целями для машины управления еще не стали. Эти цели, то возникают, то пропадают.
  Так машина случайным образом ищет настоящую цель, которая очень возможна, но "потеряна" или "скрыта" за другими целями.
  В этом странном процессе мы выделим для себя два полярных варианта
     Целей много, идет случайный перебор, не имеющий конечного результата.
     Идет генерация случайных целей для отбора случайной, но вполне реальной цели.
  
  В первом случае машина просто заполняет работой свой объем при вынужденном снижении уровня объемов управления.
  Во втором случае машина решает задачу поиска реальной цели в череде случайных, сгенерированных только для этого процесса...
  Видимо, эти варианты формирования или поиска реальных целей достаточно рано стали вполне обычными в процессе управления.
  
  

Конкурентное управление.

  Ещё до появления Субъекта этот тип управления получил в клеточном управлении наибольшее распространение. В чем он заключается?
  Например, если в машину поступили одновременно несколько контрольных сигналов о появлении отклонений параметров, то... отправлено будет управляющее воздействие созданное по наиболее обработанному контрольному сигналу.
  Если тут очевидного преимущества ни у одного сигнала нет, то использован будет... любой управляющий сигнал, сформированный на основе поступивших контрольных сигналов. Может быть тот, что появится первым, по принципу "первый пришел - первый вышел". Он закроет дорогу остальным... А может и не закрыть. И все управляющие воздействия отправятся создавать необходимые действия.
  Результаты будут от всех воздействий. Но будет ли получен нужный машине управления результат?
  Этого никто не знает.
   Во всей этой неразберихе был отработан один важнейший успех такого управления. Система должна работать при любых управляющих воздействиях! При любых, в любом количестве и в любом порядке. Надежность и управляемость работы клеточного организма должна поддерживаться всегда!!!
  Конкурентный тип параллельного управления смогли выдержать только абсолютно устойчивые структуры клеточного устройства и управления. Остальные прекратили существование. Оставшиеся клетки применяют этот тип управления как один из возможных. Он не ведет к немедленному прекращению существования, значит, возможен при определенных условиях. Здесь конкуренция управления выражается в... отсутствии выбора и его обоснования.
  Проблему конкуренции и параллельности не устранило даже моделирование управления. Даже при наличии алгоритмов и моделей управление в клетке продолжало быть конкурентным, параллельным и почти случайным.
  Второй аспект конкурентного управления мы уже разбирали на этапе изучения начал управления. Все новые возникающие центры управления буквально "рвали одеяло на себя", стремясь захватить большее пространство управления для себя. Их каналы управления переплетались и запутывали зоны управляемости разных локальных центров управления. Объекты клеточного пространства, попавшие на границу раздела сфер управления оказывались под конкурентным управлением нескольких локальных центров. Границы и зоны управляемости как-то стабилизировались и закрепились за центрами управления только постепенным эволюционным перераспределением.
  Постепенно конкурентность управления была взята под контроль Субъекта. Но при этом самостоятельность всех уровней управления осталась на высоком уровне. Субъект стал контролировать и синхронизировать самостоятельные действия всех уровней управления в едином комплексе, не ограничивая самостоятельность их действий.
  Таким образом мы можем зафиксировать:
  Конкурентный тип управления -
     оставляет возможность существования только абсолютно устойчивых к любым воздействиям.
     позволяет охватить управлением весь контролируемый системой объем. И как-то поддерживать динамическое равновесие управляемости в нем.
     создает необходимое разнообразие действий участников процесса для ограничения встречного разнообразия действия случайности и расширить зону управляемости системы в целом, за счет совместных действий всех участников.
     стимулирует дальнейшее развитие как существующих участников процесса, так и процесс создания новых.
  
  Более развитые многоклеточные биологические системы продолжили приоритетное применение конкурентного управления. В том числе и получения необходимого выбора в своих действиях для преодоления экстренных ситуаций и любых случайностей.
  ***
  Да, странный режим поддержания уровня активного существования выработался у машины управления под действием постоянного давления случайности. Его невозможно отменить, его невозможно заменить или реорганизовать. Его можно только... принять... и как-то использовать.
  Новой надстройке, Субъекту, пришлось применить всё это и на своем уровне. Но этот уровень управления еще только начал создаваться... между Субъектом и основной машиной управления.
  Какой-то очень уж урезанный уровень управления.
  Да, он, конечно, самый высший, но... он же и самый ограниченный в возможностях. У Субъекта есть только один объект управления - машина управления клетки.
  В этих условиях и надо было что-то создавать...
  
  
  

Появление мышления.

  Субъект исходно не являлся какой-то новой машиной управления, он был и остался только надстройкой... информационного управления в составе машины управления клетки. Такое положение Субъекта в составе машины было зафиксировано отсутствием у него своих каналов управления и контроля, по которым он мог получать необходимые ему контрольные сигналы о состоянии какого-либо органа клетки и отправлять к нему управляющие воздействия.
  Ничего этого у Субъекта не было изначально.
  Всё, что у него было, это его связи с машиной управления. И он начал резко наращивать количество этих связей. От машины он начал получать информационные сообщения о происходящих в клетке изменениях, а также и копии управляющих сигналов.
  Постепенно Субъект начал контролировать некоторые зоны машины управления своими линиями связей, а потом и перехватывать управления на себя. Между Субъектом и машиной управления появился новый уровень управления - мышление .
  
  Мышление - информационное управление в системе управления клетки.
  
  Субъект сформировал и новый вид централизованного управления, использующего информацию - директивное управление. На основе директив, информационных сообщений, которые он отправляет машине управления. И ощущений, которые он от машины управления получает.
  До появления Субъекта, даже самая сложная машина управления клетки работала как автомат. Без применения информации. Этот момент мы уже неоднократно фиксировали и внимательно разбирали. Автомату, для его работы информация не нужна, он работает на контрольных сигналах, отражающих текущее состояние его рецепторов. При появлении отклонения в контрольном сигнале любого из них машина начинает реагировать...
  Далее формат реакции зависит от степени сложности машины. Простой автомат будет реагировать на уровне ответа на сигналы обратной связи, более сложный применит заложенный в нем алгоритм действий. Но ни один из автоматов не будет сверять сигнал возникшего отклонения с прошлыми сигналами, и не станет делать анализ применяемых ранее алгоритмов, с целью выбора самого эффективного..., если это не вложено в него вместе с программой действий.
  А кто программу вкладывал?
  Тот, кто знает о существовании информации. Субъект.
  Переход на информационные методы управления и стал эволюционным ответом клетки на действие случайности. Прежде всего это касается целевого определения и формирования задачи достижения цели. Это исходно информационные задачи, требующие не только набора шаблонов для решения, но и выбора одного из них с каким-то обоснованием.
  И все же, задача определения цели и задача её достижения, это разные задачи. Прежде всего в части начала их решения.
  Задача определения цели исходно связана с выбором, условиями и появлением хоть какой-то информации о возникновении тех или иных отклонений в состоянии всей системы клеточного организма, а не только с поступлением того или иного сигнала от клеточных рецепторов.
  Система сигнального управления задачу определения цели исходно даже ставить себе не может. И машина управления клетки такие задачи даже не ставит. Нечем.
  А вот задачу достижения цели, хоть и только частично, машина управления клетки научилась решать и до появления Субъекта. Если цель уже появилась, как стабильное отклонение в условиях существования, требующее действий с последующим возвратом в рамки стабильного управления.
  Субъект добавил в это решение свою информационную часть - прогнозирование пути достижения цели с последующим сравнением факта его прохождения с прогнозом. Ну, не сразу, конечно. Такой способ решения быстро не рождается. Это долгий путь.
  Пока мы говорим об автоматических машинах управления клетки и новой надстройке, Субъекте, только начинающим этот путь.
  И все же...
  
  
  

Появление памяти.

  Сразу скажем, в клетке нет отдельных структур, имеющих свойство быстро создавать и уничтожать изменения по сигналам внешнего управления. И нет структур, специализированных на информационных способах работы. По крайней мере, таких, как мы сейчас представляем себе устройства памяти. Например, оперативной или основной памяти компьютера.
  То, что когда-то сразу стало ассоциироваться с памятью клетки, геном, при ближайшем рассмотрении оказался только набором шаблонов для изготовления всех функциональных автоматов, сигналов и строительных белков клетки. По аналогии с компьютером, это больше похоже на системный ПЗУ, чем на оперативную память клетки.
  Из генома можно только извлекать какую-то копию с зафиксированной на ней информации о сборке того или иного функционального автомата или сигнала..., но никак не сведения о каких-то событиях или изменениях. Этого в геноме просто нет. И никогда не было.
  А где есть?
  Вот это самое интересное...
  
  Субъект, как новая управляющая надстройка машины управления, оказался в очень сложных начальных условиях. Это мы уже понимаем.
  Чем он располагает?
  Субъект видимо, может строить линии связи с материнской структурой машины управления клетки, создавшей его. Тут его возможности ничем не ограничены. Пока позволяет разнообразие новых сложных белковых сигналов - полипептидов.
  И он стал развивать и умножать линии связи.
  Все процессы управления клетки на уровне машины управления и Субъекта, это - модели, алгоритмы, закрепленные на основе тех или иных мутаций. Но это же соединения системных эквивалентов, позволяющих зафиксировать процесс воспроизведения той или иной мутации.
  Каждая модель исходно кодирована каким-то набором каких-то системных эквивалентов. Изначально. Тех самых... информационных мутаций [10.9], которые заявляют о себе только при создании для этого специальных условий.
  Для управления этим процессом, сначала машина управления, а потом и Субъект строят себе "модельные пространства" [10.9]. Машина "кодировала" информационными мутациями какие-то модели, которые она применяла в процессе управления. Постепенно сформировался стандартный для этой клетки набор самых применяемых моделей и алгоритмов. Для их запуска на уровне машины управления стали вырабатываться и управляющие воздействия в виде определенных сигналов или их наборов.
  Теперь определим обратную задачу для Субъекта.
  Чтобы мутация проявила себя, нужно создать для этого определенные условия. И Субъект получил задачу создания таких условий, чтобы получить проявление мутации, как сигнал о правильности решения поставленной задачи. Не мутация стала целью задачи, а создание условий для её проявления. Это и стало ответом "Да" в этом решении.
  Что стал делать Субъект?
  Он стал сверху вмешиваться в работу машины, контролируя её действия и копируя их стал создавать свое модельное пространство на основе активных зон машины управления. Теперь все появляющиеся в этих зонах сигналы, как принятые, так и сформированные машиной стали формировать... чувства.. для Субъекта, а попросту, копии всех сигналов из заданной области машины управления.
  Таких зон очень быстро стало много. Сформировались целые "поля" из этих активных точек машины управления, охваченные каналами связей из сигналов Субъекта. Субъект получил свое пространство моделирования.
  Теперь уже он мог формировать какие-то директивы, направлять их в разные точки машины управления, дожидаться их исполнения и получать сигналы от машины о результатах сделанного.
  Конечно, Субъект начал свое моделирование решений. Стал решать задачи управления. Иногда не очень хорошо, иногда - хорошо...
  Если решение достигнуто, то его надо как-то зафиксировать.
  А нечем... пока.
  Что делать?
  Повторять решение, и каждый раз с каким изменением сигнала, чтобы когда-то он включил все нужные функциональные автоматы в ассоциацию, которая и воспроизведет мутацию. Далее нужно повторять действие до тех пор, пока новая случайная мутация не зафиксирует его своим появлением. Каким-то особым сигналом-ассоциацией. Символом.
  Видимо клетка так и делала. Она стала создавать и сигналы-ассоциации, и ждать новые мутации, фиксирующие нужную ассоциацию...
  Почему так?
  Потому, что Субъекту одинаково трудно и новый сигнал создавать, и нужную новую случайную мутацию подобрать для фиксации старых.
  Тут уж, что получится, то и хорошо.
  
  А мы постараемся сделать правильный вывод из сказанного:
  Субъект создает символы, сигналы или их наборы, позволяющие включать различные функциональные автоматы в нужных вариациях и последовательностях... для создания в нужных местах машины управления сигналы ощущений.
  Эти ощущения передаются Субъекту и становятся... чувствами.
  Стоп.
  Оценим сказанное...
     Субъект отправляет в машину какие-то "символы", но для него это те же белковые сигналы, директивы.
     Машина транслирует их в свои сигналы воздействия, создающие фиксированные ассоциации работающих в нужных режимах функциональных автоматов где-то в объеме клетки.
     От работающих в особых режимах функциональных автоматов появляются сигналы рецепторов, фиксирующих "отклонения", которые на уровне локальных центров управления трансформируются в ощущения.
     Ощущения, появившиеся на уровне машины, фиксируются Субъектом и преобразуются в... чувства, которые создают у Субъекта нужную... модель алгоритма.
  
  В зависимости от набора чувств Субъект фиксирует... разные модельные состояния, ассоциированные с той или иной... информацией.
  И наоборот, тот или иной набор чувств Субъекта, как исходную модель, машина может разложить на ощущения и отправить в локальные центры управления для формирования управляющих воздействий, сигналов запуска процесса включения какого-то определенного набора функциональных автоматов.
  Очевидная система ввода-вывода. На органах чувств машины управления.
  Только где же тут оперативная память ?
  Оказывается, в клетке нет особого места для оперативного хранения информации.
  Вся наша оперативная память функциональная и занимает весь объем клеточного пространства.
  
  

Функциональная память.

  Память, она для кого - память?
  Для Субъекта. И только.
  Для чего память создается?
  Для формирования информации о событиях ...чего-то, наверное...
  Что мы формируем?
  Состояние. Что-то должно быть - вот так. Наверное, в вот в таких условиях.
  Что субъект должен фиксировать как "состояние"? Состояние чего?
  Вот вопрос, так вопрос...
  Теперь вспоминаем. Ошибки, изменения, мутации... [10.8]
  Фиксируем мы "ошибки", которые произошли когда-то, но еще существуют. "Ошибки" могут составить и новое рабочее состояние для каких-то функциональных автоматов клетки. Эти автоматы начнут работать в иных условиях и с каким-то новым результатом. "Новое" состояние, созданное "ошибками" можно как-то зафиксировать, если воспроизвести "ошибки" их создавшие... или какие-то их аналоги, дающие тот же результат. Если "ошибки" перестают действовать, то эти автоматы снова вернутся к "старому" режиму их работы.
  Вот что фиксирует Субъект как управляемое "изменение".
  "Ошибки" и их действие. "Изменение" тут состоит в изменении работе кольцевой цепи связанных функциональных автоматов. "Ошибка" может быть изменением в последовательности ДНК, ответственной за формирование какого-то сигнала. И сигнал стал получаться немного другой. Он стал включать не только "свой" автомат, но еще несколько других, где его активная зона "подошла" как лиганд и активировала рецептор исполнительного механизма автомата.
  Так возникла "ассоциация" автоматов связанная "неправильным" сигналом.
  А "неправильный" сигнал и стал для всех этих автоматов "ассоциативной связью".
  Если произошло еще несколько устойчивых ошибок в формировании автоматов и они оказались еще и связанными между собой, то они образуют и отдельный функциональный автомат со сложными причинно-следственными связями.
  И еще одно "если"...
  Если все эти ошибки привели к неисправимым изменениям, мутациям, передаваемым в поколениях, то мы и получили... фиксацию ошибок, как изменений... в системе функциональной памяти.
  Клеточная функциональная память примерно так и работает.
  В основном, фиксирует случайные изменения.
   При этом машина управления клетки всегда стремится не только контролировать эти изменения, но и управлять ими, хоть в какой-то части...
  Ну конечно же, вся "машина адаптирующая", эта старинная многоуровневая этажерка саморегулирования, состоящая из миллионов функциональных автоматов, создающая всю структуру обмена веществ и все производственные процессы во всем объеме клеточного пространства, работает еще в одном направлении...
  Это основная часть функциональной памяти клетки, в которой работают все системы управления клетки. Здесь включаются в работу все происходящие в объеме клетки мутации во всех структурах клеточного управления. Здесь работают связи по ассоциации и взаимозависимости [10.8]. Здесь, на основе "неправильных" сигналов создаются новые сообщества функциональных автоматов, запускающихся при появлении этого "неправильного" сигнала, и потому, связанных этим сигналом в... ассоциации, совершенно не совпадающую по своему расположению ни с одним технологическим производственным процессом. Здесь создаются и сложнейшие структуры взаимозависимых автоматов, чья работа зависит от создаваемых этой структурой условий, даже при наличии управляющих воздействий от верхних уровней управления. В этой зависимости вообще нет вещественных носителей каких-то единых для этой группы автоматов сигналов. И тем не менее, автоматы связаны... условиями, создаваемыми для начала своего действия.
  Таким образом, конечно же...
  Субъект может управлять последовательностями некоторых произошедших в клеточном объеме устойчивых "изменений", как сложными функциональными автоматами.
  А потом он может и как-то вмешиваться в работу этих новых, теперь управляемых им автоматов, и выполнять ранее недоступные ему действия!
  Это явное расширение технических возможностей Субъекта только за счет применения естественных случайных ошибок копирования для формирования новых управляемых комплексов, формирующих эти новые возможности.
  Вот в чем смысл этого процесса!
  Использование происходящих случайных ошибок, как способ создания расширяемого разнообразия с последующей фиксацией результата.
  Если "неправильный" сигнал включил в том числе и "нужные" автоматы, которые произвели свое действие... и создали условия для исполнения своей функции каким-то другим автоматам..., а от этих действий был получен необходимый результат в виде какого-то вещества, сигнала или воздействия... То... надо как-то зафиксировать эту цепь действий. Как?
  Надо зафиксировать "неправильный" сигнал в геноме или создать технологию доработки "правильного" сигнала в этот "неправильный" и тем перевести его в разряд "правильных" сигналов, с условиями применения, понятными Субъекту. Потом надо зафиксировать наступление таких условий..., ход их исполнения... и результат. Как цель для применения этого... алгоритма. Наверное, в виде набора каких-то белков или последовательности ДНК, РНК, может быть и в виде... вируса. Точно это пока никто не знает...
10life [ANikitin]
  Рис.10.16. Организация функциональной памяти клетки
  Но сегодня мы уже точно знаем другое.
  Фиксация "неправильного" сигнала производится не в геноме, а центрах доработки сигналов эндоплазматического ретикулума, например изомеразами, или как-то иначе...
  Этот процесс и фиксируется там же, где он производится.
  При этом исходная информация генома остается неизменной.
  Почему?
  
  

Дискретная память в клетке.

  Если говорить формально, то все то, что мы называем дискретной памятью клетки, на самом деле таковым пока не является. Есть только предпосылки к её появлению. Для этого нужна и новая технология, и новый автомат... создания информации.
  Уже говорилось, что геном по исполняемым функциям более похож на ПЗУ в составе компьютера. Информация там практически не изменяется. Примерно так же надо рассматривать иРНК, ДНК митохондрий и других клеточных органелл...
  И все же, в клетке мы уже видим начало формирования всего комплекса дискретной памяти. Хотя бы по универсальному способу формирования массивов геномов клетки на основе 4 нуклеотидов, составляющих современную структуру ДНК и РНК.
  Но далее... одни трудности...
  Может ли машина клетки сама контролировать изменения, фиксируемые в своей дискретной памяти и влиять на них?
  А влиять на её дополнение?
  Клетка далеко не всегда может самостоятельно изменить информацию ДНК или РНК, хотя... она может изменить характер её извлечения из того или иного источника информации. Например на иРНК это делается установкой белковых "маркеров", управляющих чтением рибосомой последовательности нуклеотидов в процессе трансляции белка. Машина управления может установить "маркер" в одну позицию на этой последовательности, и рибосома пройдет по ней одним путем, а может, например, "сшить" этим маркером петлю на последовательности, и, таким образом, путь рибосомы минует "петлю", оставив этот кусок последовательности в стороне от процесса трансляции белка.
  Точно так же белковые "маркеры" обеспечивают альтернативный сплайсинг ДНК для трансляции белка в нескольких разных вариациях, в зависимости от тех или иных условий, определяемых машиной управления клетки.
  Клетка постепенно научилась немного "корректировать" геном при обнаружении ошибок копирования. "Обходить" некорректные участки ДНК, создавать новую копию этого участка обратной транскрипцией с иРНК...
  
  Все эти технологии хоть и позволяют как-то работать с геномом, как с источником информации, но всё это не может называться оперативной памятью. Потому, что этот источник не имеет технологии создания принципиально новой информации.
  
  Сразу скажем, с быстрой фиксацией в клетке любой необходимой ей информации есть большие проблемы. Точнее будет сказать, что дискретная память клетки вообще не приспособлена для хранения оперативной информации. Вся информация, хранящаяся в памяти клетки имеет лишь стратегический долговременный характер.
  Первоначально изменения в эту память вносит лишь случайность. Изначально другого способа изменения информации у клетки нет. У клетки нет инструментов создания у себя новой дискретной информации. Машина управления, как компьютер, может оперировать только уже имеющейся на источниках информацией. Одноклеточный организм клетки ничего добавить в процесс работы с дискретной информацией уже не может.
  И все же... Может клеточная машина управления изменять геном?
  Например, у соседней клетки... может. Здесь она вносит изменения уже как сторонняя система управления. Она может как-то вводить на её дискретный носитель свою информацию. Теми же техническими вирусами. Например, плазмидами.
  И вирус может?
  Да. Созданный клеткой вирус может быстро заводить в геном другой клетки новую информацию. Вирус может врезать свою ДНК в геном клетки и тем запустить процесс её копирования. Может создать в её геноме свои "неубиваемые" транспозоны. Может и принести с собой часть ДНК из соседней клетки. И т.д.
  Так к случайности добавилась целенаправленная активность управляемого вторжения в соседнюю клетку. С ожиданием "ответного вторжения", которое здесь воспринимается, как жизненная необходимость. В этом можно усмотреть одну из основных причин резкого развития вирусных технологий в период появления прокариот. Так клетка решала вопрос изменения и собственного генома.
  Это уже технология целенаправленного изменения не только генома клетки, но и всего её организма в сторону общего развития информационных технологий. Клетка создала перенос информации от клетки к клетке плазмидами и фагоцитами. Такая деятельность ускоряет развитие... как колонии, так и отдельных клеток в ней. Возник процесс конъюгации .
  Но когда-то высокотехнологичный боевой вирус перешел на саморазвитие...
  И клетка начала защищаться от вирусных вторжений.
  Если одна клетка когда-то выжила от вторжения какого-то боевого вируса, то в её геноме осталась часть генома вируса. Эта информация может передаться другим клеткам конъюгацией. Если теперь подобный вирус проникает в клетку, уже получившую это "обновление", то... "находит" этот отрезок "своей ДНК" в клетке... и новую врезку своего генома не делает.
  Размещенный отрезок - неполный. И не позволяет довести копирование вируса до конца. Это и останавливает процесс размножения вируса в клетке.
  Так в геноме клетки появился новый огромный массив неполных вирусных ДНК всех вирусов, после вторжения которых поколения клетки успешно выжили. И всё же, говорить о том, что клетка может оперативно изменять свою дискретную память, в частности, геном, пока не приходится.
  
  

Мышление и память.

  Это связанные понятия и процессы. Взаимоотношения мышления и памяти почти копируют отношения генома и всех предыдущих видов управления. Но...
  У мышления нет прямого доступа к геному.
  И Субъект вынужден создавать базу моделей для своего управления в новом формате. Информационном. Но для формирования нового массива в клетке нет места, нет механизма его создания и нет способов прямого управления им.
  Решение сформировала... случайность.
  Те случайные изменения, которые постоянно возникают в клетке, стали использоваться для фиксации нужной Субъекту информации во всем клеточном объеме. Для этого Субъект постоянно формирует изменчивые сигналы для машины управления, которые формируют уже её управляющие воздействия, часто совсем неожиданные для самой машины.
  Но эти неожиданные комбинации управляющих воздействий позволяли уловить, постепенно закрепить, а потом и использовать происходящие в клеточном объеме случайные изменения, как эквиваленты какой-то информации. Таким образом, формируют информацию в клетке... случайные изменения, а вот фиксируют и помогают извлечь... - "неправильные" сигналы, постоянно формируемые Субъектом.
  Конкретная информация в таком варианте её фиксации превращается во что-то другое, отличное от дискретной информации. Такая информация уже не отражает исходной конкретики и дискретности. Это уже лишь "символ" того, что мы когда-то хотели запомнить...
  Видимо, потому мы говорим не об информации, а о чувствах, формируемых Субъектом.
  С одной стороны, такой странный способ фиксации оперативной информации надо признать вынужденной технологией. Другой у клетки просто нет. И потому, надо использовать то, что возможно.
  С другой стороны, ограниченное запоминание информации с такой сложной системой её выборки породило дальнейшее развитие этого процесса. Запоминаемая информация стала... дробиться на мелкие информационные блоки, которые смещали первичную абсолютность в сторону сравнительной относительности, при последующем извлечении какой-то части этой информации Субъектом.
  Почему?
  Случайные изменения не могли надежно фиксировать всю информацию сразу. Каждое зафиксированное клеткой, а потом воспроизводимое изменение могло стать эквивалентом только какого-то одного знака, события, символа... И если вдруг это же изменение участвовало в других ассоциациях, создаваемых другим "неправильным" сигналом, то Субъект автоматически включает возникающее "старое" чувство первой ассоциации в новую ассоциацию, отражающую совершенно другую информацию.
  Возникает странная связь, которая держится пока исключительно на "неправильном" сигнале, но она связывает два разных сообщества функциональных автоматов клетки, зафиксировавших в своей работе какие-то случайные изменения, уже ставшие эквивалентами какой-то информации.
  Сказать, что это "ассоциация" будет не совсем правильно. Понятие "ассоциация", как "сообщество" уже использовано нами для обозначения группы функциональных автоматов различного типа и назначения, связанных "неправильным" сигналом.
  Сказать, что связь причинно-следственная, тоже будет не совсем верно. Она возникла на основе технологических трудностей способа фиксации информации, и причинных связей ни закрепляемых таким способом информационных блоков, ни последующего их использования не отражает.
  Но... связь появилась. С этим приходится мириться... и использовать.
  Как?
  Такие связи возникают автоматически. Это обусловлено способом фиксации информации в клетке. Вопрос, таким образом, упирается не в создание связей, а в их... сопряжение при использовании. Коррекцией, постепенным изменением, того эквивалента, который отображается именно этим зафиксированным изменением. Чтобы эквиваленты, воспроизводимые чувствами Субъекта по получаемым сигналам, ощущениям от машины управления, как-то соответствовали друг другу при всех возможных использованиях этого конкретного изменения.
  Но, корректировать Субъект мог только очень ограниченный объем изменений, как единичный чувственный эквивалент. И конечная воспроизводимая Субъектом информация стала дробной. Она стала дробиться по чувствам.
  Получается странная картина: изначально в объеме клетки фиксировалась одна информация, а при её воспроизведении в чувствах Субъекта она становится совершенно другой.
  
  Воспроизводимая Субъектом конкретная и абсолютная информация при воспроизведении становится дробной, многочувственной, и очень относительной. Она вся состоит из множества сравнений, ассоциативных соединений, символов..., но... связана всеми вот этими свойствами в единый воспроизводимый объект неуловимо изменяемого объема.
  
  Сложности возникли огромные...
  Кроме того, способ запоминания информации на основе случайных изменений почти автоматически предполагает еще две сложности.
  Первая непосредственно связана со способом запоминания.
  Это продолжение действия случайности. Например, вторичное изменение, заменяющее первое. Из уже запомненной таким сложным образом информации вдруг исчезает фрагмент..., который нечем восполнить. Информация просто... пропала.
  Вторая сложность заключается в биологической основе клетки.
  В ней постоянно идет воспроизводство тех или иных составляющих. Старые приходят в негодность, они меняются на новые, чтобы продолжить существование клетки.
  Но, с появлением новых частей, старые уничтожаются... вместе с накопленной информацией, заключенной в случайных изменениях и составляющих основу старения всех биологических частей клетки. Здесь информация также просто теряется.
  Этот процесс получил вполне конкретное название - забывание.
  Таким образом, Субъект был поставлен в очень сложные условия развития...
  К этому моменту мы обязательно вернемся, ...чуть позже.
  А пока... вернемся к основному предмету нашего понимания.
  Пора ставить точки...
  
  
  

"Что есть что" в машине управления?

  Теперь мы знаем, что входит в состав клеточной машины управления.
  Попробуем все наши новые знания отразить в таблице и постараемся осмыслить то, что получится.
  Смотрим... таблицу 10.2.
  
  Таблица 10.2.
ОрганеллаФункция производства Получает Отдает
  Ядрышко
   Транскрипция с рДНК копии в рРНК. Производит рибосомы.
  Нуклеотиды РНК, белки  рибосомы
  Клеточное ядро
   Хранение геномной ДНК и транскрипция мРНК.
  Нуклеотиды, белки.  Белки, РНК, рибосомы
  Шероховатый эндоплазматический ретикулум
   трансляция и транспорт белков, синтез и транспорт липидов и стероидов. На поверхности находится большое количество рибосом
  Ферменты, белки, вторичные РНК  Белки, липиды, стероиды,
  Гладкий эндоплазматический ретикулум
   Синтез гормонов
  Накопление и преобразование углеводов.
  Нейтрализация ядов.
  ЭПС как депо кальция.
  Гормоны
  Комплекс Гольджи
   Разделение белков
  Формирование слизистых секретов.
  Формирование углеводных компонентов гликокаликса
  Сульфатирование углеводных и белковых компонентов гликопротеидов и гликолипидов
  Частичный протеолиз белков
  Ферменты, белки, вторичные РНК  Метки, маркеры, ферменты
  Сигнальная система эукариот
   Проведение сигнала от источника до получателя
  Рецепторы, лигазы, ферменты, гормоны
  
  Очень интересно...
  Если сравнивать клеточную машину управления с компьютером, то ядро и ядрышко, совсем не память машины, скорее, это ПЗУ или память ROM, как часть системной части машины. Но, на этом сходство и заканчивается...
  Оказывается, ядро и ядрышко, хоть они и очень важны для клетки, основой машины управления не являются. Ядро, это, скорей, главное хранилище эталонов всех базовых функциональных автоматов. И центр их первичного копирования. Здесь создаются иРНК для последующего копирования и трансляции белков. Ядрышко - специализированные участки для различных производств. Его самое общее назначение - производство самой массовой органеллы - рибосомы в массовых масштабах.
  Исходя из того, что мы не так давно прочитали об органеллах клетки, предположим...
  
  Самой древней, частью управляющей машины, её "машиной адаптирующей" является ... аппарат Гольджи.
  
10life [ANikitin]
  Рис.10.17. Схематическое представление клеточного ядра, эндоплазматического ретикулума и комплекса Гольджи.
  (1)Ядро клетки. (2)Поры ядерной мембраны. (3)Гранулярный эндоплазматический ретикулум. (4)Агранулярный эндоплазматический ретикулум. (5)Рибосомы на поверхности гранулярного эндоплазматического ретикулума. (6)Макромолекулы. (7)Транспортные везикулы. (8)Комплекс Гольджи. (9)Цис-Гольджи. (10)Транс-Гольджи. (11)Цистерны Гольджи
  Это первая, еще чисто аналоговая, функциональная автоматика. Четкие и прямые функции. Обеспечение клетки необходимыми веществами из внешней среды и сброс не переработанных остатков, транспортировка некоторых белков и других веществ в своих "контейнерах" по цитоплазме в объеме всей клетки.
  Еще одна часть этой древней машины - клеточный центр с центросомами. Основа механизма деления клетки. Конечно, постепенно он усложнился и уже мало напоминает тот, первичный центр деления. Но... появился-то он ещё тогда, вместе с аппаратом Гольджи.
  Когда-то в состав этой древней машины входил и геном. Но, постепенно он был охвачен мембранами более совершенной части машины и оттеснен далеко в сторону. Образовалось ядро, включившее в себя весь объем производств копирования иРНК с первичного эталона ДНК, трансляции своих белков, необходимых только здесь. И производство функциональных автоматов для копирования РНК и трансляции белков. Потом большая часть этого производства была еще более обособлена и специализирована. Возникли ядрышки.
  
  Основной частью машины управления клетки стал ... шероховатый или гранулярный эндоплазматический ретикулум. Её "машина агрегирующая".
  
  Вот он, главный лабиринт, где формируются основные белковые информационные объекты, сложные полипептиды, сигналы для сигнальных путей клеточного сообщения. Здесь же идет и основной процесс трансляции белка в клетке.
  Далее синтезированные в ЭПР белки "дозревают", а проще, достраиваются и конкретизируются по функции, но, частично и в комплексе Гольджи. И в отдельных пузырьках отправляются во все углы клетки.
  Сюда поступают все "сигналы", сложные белковые соединения. Здесь они отсортировываются по функциональным признакам и подвергаются первичной обработке. Предварительно проверенные белки из внешних сигнальных путей отправляются по назначению. Часть прямиком в ядро, для регуляции копирования генома. Часть белков направляется в комплекс Гольджи для коррекции. Здесь начинается формирование ответных реакций на внешние сообщения.
  А где же Субъект?
  Это гладкий или агранулярный эндоплазматический ретикулум.
  Здесь формируются сообщения для межклеточного сообщения - гормоны. Это высший уровень работы машины управления.
  Такая вот, сложная система управления...
  Принципы организации и работы машины управления клетки, сформированные под постоянным давлением случайности, оказались совершенно неожиданными для современной системотехники или системной инженерии .
  Сегодня нам понятна работа многих систем автоматики. Это пневмо и гидроавтоматика, различные механические и электрические машины, а также электронные устройства. Как построена автоматика на молекулярных принципах, включая биохимический, нам пока непонятно, тут наше понимание отказывается работать. Не понимаем мы "химических схем" управления и тем более, логических и вычислительных.
  Работа этой машины очень трудно оценивается и воспринимается.
  Пока есть только очень упрощенная картина составляющих клеточной машины управления, но она как раз и дает первичное представление о её функционировании...
  Можно представить систему примерно как на рис.10.18.
10life [ANikitin]
  Рис.10.18. Распределение функций управления в клетке
  И еще одно уточнение.
  
  Все составные части клеточной машины управления от систем управления до сигналов, это функциональные автоматы, исполняющие какое-то действие и позволяющие уловить результат этого действия.
  
  Эту особенность клеточной автоматики наука только начинает постигать с помощью моделирования или исследования различных молекулярных машин .
  Наше привычное движение к одному результату вдруг оказалось не так уж обязательным, последовательность выполнения действий сложного алгоритма вдруг перестала быть очевидно необходимой. Мы столкнулись с режимом ненаправленности действий, выполняемых машиной. Действия есть, машина работает, а результат... даже не планируется.
  Удивляет постоянное стремление к расширению своей зоны управляемости у разных центров управления, пусть и за счет соседа, перехват управления каких-то объемов клеточного пространства, создание условий конкурентности управления, ... в машине?
  Это как-то не понимается...
  Но мы уже можем понять техническую задачу конкуренции целей. Начали сталкиваться.
  А остальное пока воспринимается плохо. Но ещё хуже воспринимается техническая организация процесса функционирования на основе копирования, с учетом постоянного давления случайности.
  Со стороны это, видимо смотрится, как полная неразбериха. Что-то делается до конца, что-то - нет, все компоненты машины плавают в цитоплазме, что-то с чем-то связывается, что-то, наоборот, ни с чем не реагирует, что-то плывет в липидных капсулах, что-то без них... И всё это, сколько бы не двигалось по каналам клетки, все равно попадает на очистительные фильтры и сбрасывается с них в отсеки ожидания конечной переработки. Там всё сортируется по применению. Что-то делится на первичные аминокислоты, нуклеиновый основания, а что-то в 'долгий ящик ', ждать своего часа применения...
  И ... цикл начинается с начала.
  Почему так?
  
  
  

Порассуждаем о вечности...

  В голове крутится: ... самая "вечная техника", это самовоспроизводящиеся функциональные автоматы, а не сверхпрочные конструкции. Вечным может быть алмаз, появившийся в момент рождения Земли и покоящийся в её недрах до самого последнего момента её существования. Но активным такое существование не назовешь.
  Любое активное существование, даже алмаза, относительно быстротечно. При движении вместе другими породами в мантии он быстро превращается в пыль или сгорает при попадании в магму ...
  Время разрушает всё, что находится в активном существовании. Время сокрушает любую "вечную" конструкцию или материал. Вечно только то, что "не живет", не существует в активном состоянии. Как "не живет" электромагнитная волна, движущаяся в пустоте. Её "жизнь", это лишь моменты взаимодействий. Момент выхода из вещества и момент встречи с ним. Это и есть периоды её активного существования, "жизни", всё остальное - "не в счет".
  Как же обеспечить "вечное активное существование" биологическим структурам, время жизни которых очень коротко?
  Относительно "вечным" может быть только то, что самовоспроизводится в пределах своей функциональной направленности. Биологические функциональные автоматы, создавшие Жизнь на Земле, являются прекрасным подтверждением моих слов.
  Это и подтверждение того, что Жизнь создают не особые молекулярные соединения, а функции, которые они позволяют выполнять в едином процессе самовоспроизведения системы.
  Мы понимаем, что это означает?
  Похоже, что очень смутно...
  Видимо важен не вещественный объект "вечного активного существования", а функция, которую он должен исполнять "вечно". "Вечной" оказывается функция, а её вещественное исполнение... вторично.
  Именно по этой причине природа повторила все функции клетки на новом качественном уровне многоклеточного организма. Это позволило значительно расширить функциональные возможности за счет качественного улучшения технической базы. Например, из ощущения воздействия ВЧ излучения, в том числе рентгеновского излучения и света мы получили... зрение, позволяющее точно определять свое положение в пространстве. Это позволило создать взаимодействие Субъекта с окружающей средой на уровне недоступном одиночной клетке.
  То же самое касается слуха, осязания, обоняния, вкуса...
  Вместо простейших клеточных рецепторов и простейших функциональных органов клетки многоклеточный организм имеет и многоклеточные функциональные органы фиксации ощущений с высоким уровнем чувствительности и избирательности.
  Комплекс ощущений, формируемых машиной управления разросся и расширился. Теперь ощущения стали фиксировать множество разнообразных изменений окружающей среды, недоступное отдельной клетке. Соответственно возросло и разнообразие чувств, формируемых на уровне Субъекта многоклеточного организма вместе с расширением и качественным изменением его технической базы. Это подтверждает возможность поддержания "вечного" и активного существования при прогрессивном пути эволюционного развития.
  С другой стороны...
  Одиночная клетка всех этих органов в их сегодняшнем понимании... не имеет. Она обходится клеточными рецепторами, фиксирующими отдельные ощущения... на молекулярном уровне. Тем не менее, эти функциональные возможности клетки были развиты, усилены и сохранены на миллиарды лет...
  Каким образом?
  Остановимся и подумаем...
  
  
  

Вечное существование под давлением случайности.

  Оказывается, для поддержания "вечного" существования клетка должна иметь такое множество своих копий, чтобы случайности во всем спектре их возможностей не приводили к окончанию существования всего множества.
  Существование множества должно выдержать весь спектр случайностей. От катастроф и полного регресса до стремительного прогресса. От прекращения существования отдельных особей, до стремительного размножения других, при одних и тех же средних условиях существования. Всё, на что способны случайности.
  Клетка должна ограничивать действие случайности всеми способами...
  И мы снова пришли к... рамкам ограничения действия случайности... и расширению применения случайности для поддержания своего существования.
  Таким образом...
    1. Существовать "вечно" может только... множество объектов индивидуального активного существования, имеющее достаточную мощность для осуществления всех видов развития. От чисто прогрессивного до чисто регрессивного во всех их соотношениях.
    2. Поддержание необходимой мощности множества возможно только при расширенном воспроизводстве его элементов на основе функционального самокопирования во всех возможных вариациях.
    3. Индивидуальное активное существование отдельного элемента множества возможно с максимальным использовании случайности для поддержания своего активного существования при наличие функции самокоррекции исходного информационного объема самовопроизведения, как элемента противодействия случайности.
  
  Только так.
  Противостоять действиям случайности на всех этапах активного существования каждого элемента множества и всего множества в целом. Широко использовать случайность для продолжения своего активного существования. И иметь возможность исправлять ошибки, получаемые случайно.
  И заметим...
  Всё сказанное относится не только к клеткам, а и ко всем объектам в неё входящим. Все элементы большого организма клетки должны поддерживать свое существование в соответствии с этими закономерностями. Здесь исключений нет.
  
  Любой элемент системы активного существования должен самовоспроизводиться, проходить какую-то коррекцию по применению, начинать свой жизненный цикл, исполнять свою функцию, и... самоликвидироваться, с разложением на исходные компоненты для возможности нового самовоспроизведения...
  
  На любом этапе этого цикла существования любому объекту грозят ошибки и случайности, видоизменяющие его, вплоть до прекращения существования. Но это не должно сильно отразиться на существовании общей системы множества.
  И это не правила, которым желательно бы следовать, это вынужденные принципы глобального действия. Они постепенно вырабатываются в любом множестве объектов с любой системой их организации. Потому, что любой выход за границы применения этих принципов приводит всю систему к катастрофическому результату прекращения существования...
  У первых биологических автоматов, протоклеток, эти принципы просто создавали отбор, прекращая существование тех, у кого эти принципы не выполняются. И автоматически оставались только выполняющие ...
  Когда у клетки появилась функция активного существования, как существование под управлением машины, выполняющей свой глобальный рабочий цикл, эти принципы стала исполнять и машина управления. И не просто исполнять, но и активно поддерживать длительное активное существование всеми возможными способами.
  Этот глобальный цикл стал называться "жизнь", а биологические автоматы его поддерживающие - "живыми". Процесс поддержания активного существования мы знаем, как "борьба за существование".
  Но... любой живой организм, все равно, когда-то прекратит свое существование. Мы же это прекрасно знаем. Мы также знаем, что никакое существование не вечно. Всё когда-то заканчивается.
  А ведь понятие "вечность" - относительно! Это же... сравнительная величина. Длительность существования чего-то, выходящая за пределы контроля.
  И тут уж, какие рамки контроля, такая и вечность...
  У каждого она своя.
  
  
  

Борьба за существование... внутри системы.

  Случайность порождает неопределенность...
  Это означает, что никто никогда не знает точно, будет ли что-то точно выполнено, и будет ли выполнено вообще. При этом совершенно непонятно, с каким результатом и возможными последствиями... Но во всех этих неопределенностях надо как-то существовать, действовать, достигать нужной цели, добиваться нужного результата.
  Парадокс, но... управление и существование взаимосвязаны. Понятие существования возникло вместе с появлением... функции управления в клетке. Функция управления и возникла, как один из компонентов поддержания существования.
  Случайно?
  Вполне возможно. Но и вполне закономерно. Когда-то она должна была включиться, это объективная необходимость, а потому её появление вполне ожидаемо. Случаен только момент появления.
  Точно так же закономерно и развитие машины управления клетки от локальных центров управления до глобального центра клеточного управления. Случайна образовавшаяся конкретная система поддержания существования. Ну, тут уж, что получилось, то и... получилось.
  Правда, в процессе эволюции из множества случайных систем поддержания существования постепенно сформировалась одна, обобщенная.
  Тогда и к существующим пунктам поддержания вечного существования добавились несколько новых:
    1. Ничего не изменяется до конца. Всегда что-то остается неизменным.
    2. Создавать новое не уничтожая старое.
    3. Чем шире получаемое случайное разнообразие объектов множества, тем меньше неопределенности в результате исполняемой ими функции. При этом можно расширять производство, с жестким отбором только "правильных" для выполнения каждой отдельной задачи управления.
    4. Можно поддерживать массовость производства и совершенствованием отбора "неправильных" объектов для применения. При этом неопределенность в выполнении таким объектом своей функции уменьшится, хоть и не исчезнет.
  
  Принципы очень широкие. Можно почти всё...
  Клетка сформировала и стала их выполнять вынужденно, только под постоянным давлением случайности в виде происходящих ошибок, постоянных изменений, сбоев в работе... на любом участке любого процесса массового производства.
  Сначала в борьбу со случайностью включилась машина управления клетки.
  Она стабилизировала все производственные процессы в клетке в режиме безостановочного массового производства. Такое производство наименее подвержено действию случайности. Фактически оно имеет лишь два состояния - работает или нет. Если оно работает, то результат есть. Если таких производств много, то неопределенность получения результата уже минимальна и не грозит немедленной катастрофой.
  Появление в машине управления клетки новой управляющей надстройки, Субъекта, стало новым шагом в поддержании противодействия случайности. Субъект создал алгоритм выбора, сначала случайного, потом обоснованного, усилил возможности отбора одного решения из множества возможных. Развил многовекторное управление...
  Всё это стало возможным вместе с активным использованием случайных изменений, происходящих в клетке, необходимым для функциональной деятельности Субъекта.
  Непонятно?
  Читаем дальше...
  
  
  

Создание многообразия.

  В клетке сложилось несколько способов доработки "стандартных" белковых сигналов, получаемой на основе трансляции белков по матрице иРНК. Есть несколько способов посттрансляционного изменения белков.
  Это и частичный протеолиз, и ковалентные модификации. Но, изменения вводятся и на стадии трансляции, например, супрессия.
  Если протеолиз и модификации применяются для доработки новых белков сразу после трансляции, и в массовом порядке, то супрессия требует длительного времени... и новой случайности. Это как раз, метод использования "неправильных" белков, часто после вторичной доработки.
  В результате таких доработок исходное белковое разнообразие расширяется в несколько раз. Это позволяет работать, например, каскадам передачи сигнала и многоступенчатым сигнальным путям. Создавать сигнальные пути с разным временем передачи сигнала от нескольких секунд до нескольких часов.
  И конечно, формировать новые ассоциации автоматов применением "неправильных" сигналов, до супрессии и особенно, после неё. Супрессия закрепляет повторное изменение, как один из применяемых вариантов фиксации суммы прошедших изменений.
  Комбинационное воздействие разными сигналами в разное время включает и разные автоматы в разных комбинациях. Вот где-то здесь и начинается функциональная память... в своем очень сложном исполнении. Эта самая сложность фиксации информации сильно ограничивает возможности функциональной памяти клетки в создании объемных массивов информации. Возможности такой оперативной памяти клетки очень скромные.
  Тут всё требует от Субъекта дополнительных действий. Каждый единичный объем фиксируемой информации воспроизводится как многомерный объект, состоящий из множества своих проявлений, фиксируемых, как часть воспроизводимой информации.
  
  Вынужденная исходная многомерность размещаемой информации в функциональной памяти клетки привела к принятию многомерности информации как нормы.
  Другой оперативной информации в клетке нет.
  
  Знаем мы, что это значит?
  Конечно. Это же явное вынужденное приближение к образному мышлению и новому виду представления информационного объекта памяти. К новому для клетки способу моделирования алгоритмов управления.
  
  
  

Заключение.

  Клетка сформировалась по общим законам существования клетки, применяемыми ею на всем пути её эволюционного развития. От прообраза, протоклетки и до эукариоты.
  В основе всего процесса эволюции находится самовоспроизводящийся функциональный автомат. Вся система автоматического управления клетки построена на взаимодействии множества таких автоматов самой разной структуры и сложности, выполняющих самые разные действия. В клетке их количество постепенно растет от миллионов до миллиардов по мере эволюции клетки...
  Но уже на самом раннем этапе развития клеточных образований стала важной внутренняя среда, хотя бы той коацерватной капли, которая только начала свое медленное преобразование в прообраз протоклетки. Оказывается, для надежного самовоспроизведения любых функциональных автоматов молекулярных размеров в среде должна поддерживаться высокая степень стабильности её характеристик. И потому, первой задачей зарождавшейся клетки стало поддержание стабильности каких-то основных характеристик своей внутренней среды.
  Основой этой среды для клеток стала вода. В водном растворе сегодня располагаются все составляющие клетки, включая и все химические вещества, необходимые для её существования.
  Сначала клетка старалась поддерживать только химический состав внутренней среды, но по мере увеличения сложности клеточной структуры потребовалось контролировать сначала температуру, а потом и уровень облучения, как еще один источник энергии для клетки.
  С этого момента начинается история развития систем управления в клетке, как продолжение саморегулирования на разных уровнях структуры клетки.
  Где-то здесь и возникают интересные соотношения...
  Видимо, первичные коацерватные капли, в которых стали возникать прообразы протоклеток имели размерность сотен нанометров (10-7). Первые археи, возникшие почти сразу, через несколько миллионов лет после образования Земли, около 4,5 млрд. лет назад, уже имели размеры от сотни нанометров (10-7) до единиц микрометров (10-6). Размеры первых прокариот уже составляют десятки микрометров (10-5) и сотни микрометров (10-4). Размеры развитых эукариот приближаются к нескольким десятым миллиметра (10-3). И некоторые клетки уже имеют размеры в несколько миллиметров.
  Общий рост размерности составил 10-3 / 10-7 = 104 или в десять тысяч раз!
  При этом объем клетки за эволюционный период увеличился до 1010 ÷1012раз!
  Это например, рост от куба со стороной в 1 метр до куба со стороной в 10 км!!!
  Этот объем надо создавать, поддерживать, использовать. И защищать...
  В таких жестких условиях, как были на Земле, ничего лишнего не удержишь, только самое необходимое, без чего уже невозможно активное существование. Но при этом мы видим такой рост сложности самовоспроизводящихся автоматических систем самостоятельного развития, которыми являются клетки. Сложно представить себе рост сложности управления в клетке, при таких изменениях её геометрических размеров.
  Но... проведем ещё одну аналогию...
  Изменение размеров, например от мельчайших насекомых в 0,1мм (10-3) до 1,8м(1) (объем около 6 куб. метров, примерно) для слона или жирафа, это примерно 103.
  При этом количество нейронов, необходимое для формирования только головного мозга или его начального аналога (ганглия ) изменяется от сотен (102) до сотен миллиардов (1011), или в 109!
  Приложим эту найденную нами геометрическую зависимость к изменению размеров клеток равную 104 и получим примерный рост количества взаимосвязанных функциональных автоматов самой различной сложности в составе клетке 1016!!!
  При этом рост количества элементов системы управления клетки в зависимости от её размера оказывается вполне сопоставим с ростом количества нейронов головного мозга по аналогичному показателю, пусть и те же 109!
  Есть такой пример подобных систем самостоятельного управления, созданных человеком?
  Конечно, мы говорим о примерных возможных показателях, и только на основе экстраполяции известных нам соотношений на аналогичную зависимость. Но, даже такой, очень примерный получаемый порядок размерности роста сложности уже наводит на размышления...
  Я совсем не утверждаю, что реальные соотношения именно такие. Но учитывать такие варианты при оценке сложности клетки приходится. Порядок коэффициента подтверждает реальную сложность живых клеток и её машины управления. Он дает реальные соотношения для сравнения клетки эукариоты с другими живыми существами, как одноклеточными, так и многоклеточными.
  Мне кажется, что развитие многоклеточных организмов шло по аналогии с развитием управления клетки. Все наработки клетки по организации управления были полностью использованы многоклеточными организмами. И если мы начнем разбираться в организации управлении на уровне мозга, то мы с большой долей вероятности найдем там всё то, что мы уже нашли в машине управления клетки.
  Собственно, этот момент и стал основным в понимании необходимости разобраться в системе управления клетки, прежде чем пытаться разобраться в работе мозга. Тем более, самого сложного и развитого - человеческого.
  Мне кажется, что невозможно разобраться в сложности этого шедевра природа, не имея понятия об основах управлении входящих в него миллиардах нейронов, глиоцитов и т.д., всех клеток составляющих его структуру. Только зная, как управляются клетки можно переходить к пониманию управления клеточными структурами. Тем более, составляющими управляющую структуру более высокого уровня многоклеточного организма.
  Все попытки многочисленных симуляций работы участков головного мозга разного объема не скоро приведут к пониманию его реальной работы, если мы не будем знать, как работают и управляются входящие в него клетки. Максимальное упрощение нейрона до математической системы на уровне электронного цифрового автомата, типа "искусственный нейрон" [10.14] было практически применимо только до определенного уровня нашего технического развития. Сейчас нужны другие ориентиры.
  Я занялся вопросами изменения управления клетки в процессе её эволюции чтобы понять, как могла развиваться клетка и как она из простейшего биологического функционального автомата превратилась в сложную систему, управляемую какой-то машиной.
  Конечно, для меня машина управления и стала определять уровень развития клетки как организма самостоятельного управления. Биология в понимании этого вопроса была очень важной, но не определяющей. Можно разобраться в хитросплетении биохимических реакций, каскадных преобразований, составляющих генома, но при этом система управления всем этим на уровне единого организма клетки почему-то всегда остается вне зоны внимания эволюционной биологии , популяционной генетики и пр. Синтетическая теория эволюции также обходит эти вопросы стороной.
  Но уж кибернетика - то, должна была этим заниматься?
  Оказалось, нет.
  Там всё ограничилось перцептроном и нейросетями , которые тут же были полностью математизированы и составили основу биокомпьютинга. При этом, биокомпьютинг решает только обратную задачу. Он создан для моделирования на компьютере каких-то симуляций функционирования живых организмов для нужд развития систем искусственного интеллекта .
  Биомолекулярная электроника сразу ушла от изучения живых организмов к молекулярным логическим элементам, причем, сразу двоичной логики. А вся кибернетика, похоже, ушла в создание управления на основе робастности ...
  В общем, я не нашел, кто занимается вопросами машины управления реальной клетки. И стал решать эту проблему самостоятельно. Давно. Лет десять назад...
  Но только сегодня началось приближение к самом общему пониманию основ функционирования машины управления клетки.
  
  г. Волгодонск
  февраль 2019г.
  
  
  
  

Литература:

  
  10.1. Никитин А.В., Этапы развития жизни на Земле. Часть 1. http://samlib.ru/editors/n/nikitin_andrej_wiktorowich/1life.shtml
  10.2. Никитин А.В., Этапы развития жизни на Земле. Часть 2 http://samlib.ru/editors/n/nikitin_andrej_wiktorowich/2life.shtml
  10.3. Никитин А.В., Этапы развития жизни на Земле. Часть 3 http://samlib.ru/editors/n/nikitin_andrej_wiktorowich/3life.shtml
  10.4. Никитин А.В., Этапы развития жизни на Земле. Часть 4 http://samlib.ru/editors/n/nikitin_andrej_wiktorowich/4life.shtml
  10.5. Никитин А.В., Этапы развития жизни на Земле. Часть 5. http://samlib.ru/editors/n/nikitin_andrej_wiktorowich/5life.shtml
  10.6. Никитин А.В., Этапы развития жизни на Земле. Часть 6 http://samlib.ru/editors/n/nikitin_andrej_wiktorowich/6life.shtml
  10.7. Никитин А.В., Этапы развития жизни на Земле. Часть 7 http://samlib.ru/editors/n/nikitin_andrej_wiktorowich/7life.shtml
  10.8. Никитин А.В., Этапы развития жизни на Земле. Часть 8 http://samlib.ru/editors/n/nikitin_andrej_wiktorowich/8life.shtml
  10.9. Никитин А.В., Этапы развития жизни на Земле. Часть 9 http://samlib.ru/editors/n/nikitin_andrej_wiktorowich/9life.shtml
  10.10. Никитин А.В., О логике и логической машине // 'Академия Тринитаризма', М., Эл N 77-6567, публ.17459, 15.05.2012 http://www.trinitas.ru/rus/doc/0016/001c/00161956.htm
  10.11. База знаний по биологии человека. Передача сигнала клетке: общие сведения http://humbio.ru/humbio/genexp/00164e19.htm
  10.12. http://www.biochemistry.ru/biohimija_severina/B5873Part38-248.html
  10.13. Евгений Кунин. Логика случая. О природе и происхождении биологической эволюции https://bookz.ru/authors/evgenii-kunin/logika-s_938/1-logika-s_938.html
  10.14. Никитин А.В., Искусственный нейрон // 'Академия Тринитаризма', М., Эл N 77-6567, публ.20230, 20.02.2015 http://www.trinitas.ru/rus/doc/0016/001d/00162430.htm
  10.15. Астрономы продлили позднюю тяжелую бомбардировку https://lenta.ru/news/2012/04/26/bombardment/
  10.16. Внутриклеточные сигнальные пути и их роль в возникновении опухолевых клеток. https://pikabu.ru/story/vnutrikletochnyie_signalnyie_puti_i_ikh_rol_v_vozniknovenii_opukholevyikh_kletok_4896877
 Ваша оценка:
Связаться с программистом сайта.

Новые книги авторов СИ, вышедшие из печати:
О.Болдырева "Крадуш. Чужие души" М.Николаев "Вторжение на Землю"

Как попасть в этoт список
Сайт - "Художники" .. || .. Доска об'явлений "Книги"