Диалоги (август 2003 г.) - Александр Гордон

Но этот процесс может пойти по двум путям. Первый: мы сразу возвраща-емся в самое нижнее состояние, и тогда это достаточно бесполезная вещь, то есть поглотили, излучили, и ничего не произошло.

А может быть другой путь. Вы попадаете на уровень энергии, который яв-ляется резонирующим с уровнем энергии другого изомера, и тогда у вас происхо-дит переход в другой изомер, то, что часто называют безизлучательным перехо-дом, и после этого происходит высвечивание. У нас появился второй изомер. По-явление этого второго изомера возможно только тогда, когда произошло первич-ное поглощение, иначе он не появится. Значит, происходит следующее – вы как бы записали информацию, у вас остался след от действия исходного сигнала. Это тоже очень важное свойство молекулярных систем – они могут записать инфор-мацию.

Причём эта информация может храниться очень долго, и это, в конечном счёте, может привести к тому, что возникает своеобразная память молекул о некотором внешнем воздействии. Это крайне важная вещь. Я потом немножко об этом скажу – для живого организма, особенно более-менее сложного, характерно наличие памяти, характерно наличие обучения, и результат этого обучения может храниться очень долго. Например, если мы видели какого-то человека, мы запоминаем его образ, и он может годами у нас храниться. При этом нужно, чтобы это сохранение происходило без особенного напряжения, то есть без специальной энергетической подпитки. Здесь так и произойдёт – происходит переход в другой изомер, и он существует очень долго, он запомнил эту информацию и потом результат этого воспоминания существует очень долго. Никакого последующего действия не нужно – вы можете обнаружить, что такой эффект произошёл.

Дальше ещё один момент. Мы знаем хорошо, что существует такой химический эффект, который носит название миграция связи. Вот здесь на рисунке показано, что двойная связь находится в крайнем левом положении, то есть близко к радикалу R, а дальше идут одиночные связи. Но эта двойная связь может переместиться и принять другое положение. В принципе, она может переместиться и дальше, и происходит как бы перенос сигнала вдоль по определённом цепи, то есть молекулярные цепи могут передать информацию от одного участка молекулы к другому участку молекулы.

Обратите внимание на то, что мы опять начинаем касаться процессов жиз-ни, где мы всё время имеем вопрос передачи информации и восприятия информа-ции.

Этот процесс можно мыслить себе таким образом, как показано на сле-дующем рисунке. Тут изображено то, что в науке носит название потенциальной ямы, она внизу, то есть молекула находится в основном состоянии. Затем проис-ходит какое-то возбуждение, вы попадаете в верхнюю потенциальную яму, и уро-вень энергии этой ямы может резонансным образом взаимодействовать с уровнем энергии другого изомера, другой изомер – это другая яма. И дальше начинается процесс перекачки из одного изомера в другой. Это то, что явно проявляется, ко-гда двойная связь мигрирует вдоль одиночных связей, потому что каждое поло-жение этой двойной связи – это другой структурный изомер.

Оказывается, что если в конце такого процесса мы попадаем в глубокую яму (часто это какая-то реакция), то тогда вернуться к исходному состоянию очень трудно, и тогда весь процесс движения этой двойной связи в данном случае должен происходить всё время в определённом направлении, то есть у вас полу-чается направленная передача сигнала. Обратите внимание, что это направленная передача сигнала существенным образом отличается от того, с которым мы имеем дело в кристаллическом компьютере – там сигналы переносятся с помощью элек-трического тока. То есть с помощью какого-то электрического воздействия. Здесь совершенно другая природа, но результат тот же самый.

Если рассмотреть так называемый фотосинтетический центр, то он устроен так. Там крупные плоские молекулы являются приёмником излучения, вроде па-раболического зеркала, которое может концентрировать это излучение. Когда они принимают излучение, то с ними ничего собственно не происходит, реакция идёт в совершенно другом месте. И нужно передать туда какой-то сигнал, какую-то энергию. По-видимому, это и происходит за счёт такой последовательной изоме-ризации. Другое дело, что это может быть гораздо сложнее, чем здесь изображе-но, но…

А.Г. Но принцип тот же.

Л.Г. Но принцип, по-видимому, тот же. Я думаю так, может быть, другие думают иначе…

А.Г. Недавно у нас была передача, где мы говорили о фотосинтетике, об основных её элементах. Очень похоже, что вы не один так думаете.

Л.Г. Значит, по-видимому, такие вещи всё же наблюдаются. Эта крупная молекулярная система оказывается способной принять сигнал в одном месте, а передать его в совершенно другое место, и там, может быть, произойдёт какая-то нужная реакция или будет записан какой-то сигнал.

Всё это приводит к очень важному рассуждению. Известно, что одна моле-кула может опознавать другую молекулу, это в биологических системах типичная вещь. То есть когда две молекулы сближаются, первый этап здесь тот, что они по-хожи по форме (это то, что носит название «ключик-замочек», принцип Фишера), когда молекула укладывается около другой. На втором этапе происходят отдель-ные химические реакции и получается, что сигнал подан в несколько центров приёмной молекулы.

Теперь зададим себе такой вопрос: что такое распознавание образа? Под распознаванием образа в математике понимается следующая вещь – у вас есть ка-кой-то образ, который в идеале записывается цифрами. Это не всегда так, но близко к этому. Скажем, какой-то спектр можно записать в виде положений ли-ний, их интенсивности и так далее, получить многомерный сигнал. Такой много-мерный образ можно изобразить в виде точки в многомерном пространстве. То есть, у вас много признаков сводится к одному.

В математической логике то же самое: скажем, много исходных каких-то положений могут потом привести к одному выводу, так что когда наблюдается этот сигнал, это доказывает, что вся исходная гамма присутствует. Здесь имеется довольно чёткая аналогия.

Оказывается, что молекулы могут решать такие задачи, то есть может по-лучиться так, что происходит несколько химических реакций, затем эти результа-ты приводят к определённым изомерным перестройкам и в конце концов образу-ется такая изомерная структура, которая возникает только тогда, когда, скажем, в четырех местах произошёл вполне определённый набор химических реакций. Вот это – типичный случай распознавания образа. И мы видим, что молекулы дейст-вительно способны решать подобные логические задачи. Обратите внимание, что это уже очень сложные логические задачи, решать которые не так уж просто нау-чить кристаллический компьютер.

Что ещё важно? Что молекула может получить исходную информацию не так, чтобы одновременно пришёл сигнал от всех четырех реакций, а они могут в разное время проходить, и больше того – в разном порядке.

А.Г. Но приведут к тому же результату?

Л.Г. Приведут к тому же результату. Это крайне важно. Видите, как это похоже на то, что делается в живом мире.

Больше того, последовательность таких операций приводит к тому, что молекулы способны решать логические задачи. Я потом к этому перейду, а сейчас я увидел картинку, где показан такой молекулярный приёмно-решающий элемент, который напоминает жизненный процесс. Мы уже показывали систему потенци-альных ям. Там слева изображён приёмный элемент, который принимает внешний сигнал, затем этот внешний сигнал передаётся в реакционный центр, в реакцион-ном центре произошла реакция, продукты этой реакции выведены наружу, и если бы здесь всё закончилось, то элемент сработал бы всего один раз. Но если у вас имеется связь с внешней средой, и вы можете произвести такую реакцию, чтобы восстановить свойство этого элемента, то у вас…

А.Г. Он становится постоянно действующим…

Л.Г. Он будет всё время действовать. По-моему, уже есть такого типа экс-перименты, в которых построены системы, напоминающие фотосинтетические. То есть, они под действием света всё время что-то делают. Обратите внимание, что это опять открытая среда, то есть молекула срабатывает как система, опять очень напоминающая работу живого организма в условиях, в которых он только и может существовать, в условиях открытой среды. Потому что закрытая среда приводит к однократному процессу. Он может быть полезен, так можно записать какую-то информацию, сделать диск какой-то, на котором вы что-то записали, но это однократный процесс. А вот если всё время подпитывать извне, то это может быть непрерывный процесс, напоминающий живой.

На следующей картинке показано, как первый изомер переходит во второй, второй поглощает свет, переходит в какой-то третий. Видно, что третий изомер появится только тогда, когда было поглощение света ?1 и ?2. Такой процесс, когда какой-то результат появляется только тогда, когда есть воздействие номер 1 и воздействие номер 2 – одинаковые оба – это есть то, что носит название логического умножения, то есть молекула решает логическую задачу.