В течение многих лет я читаю курс лекций «Введение в биофизику» для второкурсников физического факультета МГУ. Когда на первой лекции я говорю, что в России биофизика начиналась с Ломоносова, студенты недоверчиво воспринимают это известие. Физик, химик, поэт, геолог..., так еще и биофизик? А ведь действительно, энциклопедист Ломоносов (1711 – 1765) первым в истории российской науки предпринял попытку описать механизмы распространения нервного импульса с точки зрения физики. Эта задача впоследствии стала одной из главных в классической биофизике 20-го века.
Будучи последователем Ньютона и приверженцем его представлений о роли эфира в физических и физиологических процессах, Ломоносов попытался детализировать описание нервного импульса, рецепции и зрения на основе механической модели эфира. В «Слове о происхождении света» он описывает механическую модель эфира, состоящую из малых сфер, имеющих на своей поверхности зубцы, плотно сцепляющие соседние сферы при поворотах и вращении. При этом на движение этих эфирных частиц могут оказывать влияние молекулы различных веществ. «Вообразив сие основание, - пишет Ломоносов далее - ясно себе представить можете всех чувств действия и других чудных явлений и перемен в натуре бывающих. Жизненные соки в нервах таковым движением возвещают в голову бывающие на концах их перемены, сцепляясь с прикасающимися им внешних тел частицами. Сие происходит нечувствительным временем, для беспрерывного совмещения частиц по всему нерву от конца до самого мозгу. Ибо по механическим законам известно, что многие тысячи таких шаровых колес, когда они стоят в совместном сцеплении, беспрерывно должны с одним повернутым внешнею силою вертеться, с остановленным остановиться и с ним купно умножить или умалять скорость движения. Таким образом, кислая материя, в нервах языка содержащаяся, с положенными на язык кислыми частицами сцепляется, перемену движения производит и в мозге оную представляет. Таким способом рождается обоняние. Так происходят химические растворы, спуски, кипение». Конечно, с позиций современной науки приведенное высказывание выглядит достаточно архаичным, однако в нем угадываются глубоко осмысленные, хотя и интуитивные, представления о фундаментальных свойствах биологических систем - циклических процессах, активных средах, автоволновых процессах, связанных с ними электрических взаимодействиях и т.д.
Дело в том, что одним из фундаментальных представлений современной биофизики стала концепция автоволновой самоорганизации в активных средах. Активные среды самой разной физико-химической или биологической природы содержат распределенный по пространству системы ресурс энергии и связанные между собой локальные трансформаторы энергии, способные в циклическом режиме преобразовывать энергию, вещество и информацию. Сцепленные между собой циклические процессы позволяют возникнуть распространяющимся автоволновым возмущениям различной природы. В подобных случаях активная среда становится возбудимой и может иметь размерности 3D, 2D или 1D. Вытянутый дендрит нервной клетки — аксон, по которому распространяется электрохимическая волна нервного импульса, как раз и является одномерной активной средой. В миелинизированном нервном волокне ионные токи, образуемые ионами натрия и калия, имеют циклический характер. Каждый виток электрического тока возбуждает аналогичный в соседней части аксона и далее, и далее, подобно тому, как это виделось Ломоносову в сцепленных шарах ньютоновского эфира.
Конечно же, во времена Ломоносова ничего не было известно о самоорганизации в активных средах. Сейчас отечественная наука стоит на самых передовых позициях в этой области познания природы. Многие достижения последних лет в области физики, химии, биологии, экологии, медицины явным или неявным образом связаны с представлениями об активных средах, способных к пространственно-временной самоорганизации. Эти представления позволили создать модели, описывающие такие несхожие процессы как работа лазеров, периодические химические реакции, распространение волн кристаллизации в переохлажденных жидкостях, распространение нервного импульса, свертывание крови, взаимодействие популяций, распространение эпидемий и т.д. Вплоть до социальной сферы. В целом, данный подход не должен быть обязательно тесно связан с рассмотрением физической основы систем, но призван отражать общую синергетическую природу их поведения.
Значительное число биологических объектов, биоценозы, экосистемы, а также социальная сфера общества могут рассматриваться как иерархии сопряженных распределенных систем, каждая из которых является активной средой, поддерживающей энергией и информационными потоками развитие происходящих в ней процессов на всем ее пространстве. Основой процессов самоорганизации в активных средах является возможность возникновения в них автоколебательных и автоволновых режимов, приводящих к эволюционированию систем, их пространственно-временной регуляризации и устойчивому развитию.
И одним из первых у истоков этой науки стоял наш Михаил Васильевич Ломоносов.
