Сайт лаборатории
"Математическое моделирование и информационные технологии в науке и образовании"
УМС по прикладной математике и информатике
Конференция DROPS-2012
Семинар Percolation2011
Конференция MATLAB2009
Виртуальные лаборатории
Файловый архив
Электронные учебники
Разное
Полезные ссылки
Состав лаборатории
Об авторах
Контакты
статистика
Всего уникальных посетителей138535
Посетителей сегодня14
Выделите орфографическую ошибку мышью и нажмите Ctrl+Enter


 

Рейтинг Астраханских Сайтов

Математическое моделирование в естественных науках > Конференция DROPS-2012 > Памяти проф. Е.Г.Рапис

Е.Г.Рапис

Елизавета Гдальевна Рапис

доктор медицинских наук, профессор

14.07.1927 (СССР) – 25.03.2012 (Израиль)

Белок и жизнь

В марте этого года на 85 году жизни скончалась Елизавета Гдальевна Рапис. Умение видеть новое, неиссякаемый оптимизм, целеустремленность и эмоциональное восприятие закономерностей физического мира создавало особую ауру, привлекавшую к ее исследованиям представителей разных специальностей. Елизавете Гдальевне удалось объединить и воодушевить на решение поставленных ею проблем новое поколение медиков, физиков и биологов. Работа продолжается. Мы запомним Елизавету Гдальевну как первопроходца, энтузиаста – исследователя процессов самоорганизации биологических систем. Светлая ей память!

Татьяна и Владимир Яхно.

 

Ниже приводится статья Е.Г.Рапис, написанная несколько лет назад для газеты "Г-жа Удача". Вероятно, сложно рассказать о работе Е.Г.Рапис над проблемами самоорганизации лучше, чем это сделала она сама.

РОЛЬ СЛУЧАЙНОСТИ В НАУКЕ

Самые главные моменты моей жизни в науке удивительно точно совпадают с названием данной газеты. Именно она — Г-ЖА УДАЧА — сопутствовала и имела судьбоносное значение почти для всех основных научных направлений, над которыми я трудилась и тружусь сейчас.

Над некоторыми из них я работала много лет, пытаясь постичь суть проблемы. Это, в частности, касалось тяжелого заболевания глаза — гемофтальма — кровоизлияния в полость стекловидного тела, нередко приводящего к слепоте. Считалось, что кровь и стекловидное тело — две смешивающиеся между собой жидкости. Поэтому кровь при попадании в стекловидное тело пропитывает его. Отсюда лечебная тактика гемофтальма состояла в хирургическом удалении крови вместе со стекловидным телом.

Вопреки логике этих представлений я попробовала изолировано удалить кровь с помощью специального примораживающего прибора — криоэкстрактора, применявшегося в тот период для извлечения хрусталика. Каково же было мое удивление, когда очаг крови целиком был удален из глаза без стекловидного тела. Дальнейшее биомеханическое исследование показало, что кровь и стекловидное тело — это две несмешивающиеся жидкости. Оказалось, что при попадании в полость глаза цельной крови образуется ее изолированный очаг, называемый ГЕМАТОМОЙ. Она лежит в полости глаза, одетая пленкой, подобно тому, как в яйце белок окружает центральный “очаг” желтка.

Так случайно было сделано открытие, позволившее разработать новое понимание сущности заболевания и предложить иную тактику лечения. Стало понятно, что гематому в глазу, также как и в других органах и тканях, например, в мозгу, следует удалять из полости глаза изолировано, сохраняя прозрачное стекловидное тело.

Со вторым “удачным” случаем связано открытие лимфатических сосудов глаза, по которым идет отток жидкости из его полости и осуществляется связь между стекловидным телом, зрительным нервом и мозгом и т. д.

Считается, что отток жидкости из глаза происходит без участия лимфатических сосудов. Общепризнанным является то, что существуют в основном передние пути оттока, которые идут через щели (каналы) угла передней камеры глаза. Однако во всем организме приток и отток жидкости осуществляется кровеносной и лимфатической системой. Трудно было поверить, что в глазу эта общая закономерность принципиально нарушена. И я настойчиво искала лимфатические сосуды в заднем отделе глаза.

Применяемая для этой цели известная в лимфологии анатомическая методика (наливка тушью стекловидного тела глазного яблока), длительное время не давала положительных результатов. Однажды, когда шел ремонт в лаборатории и не было доступа к опытным образцам, гистологический материал недопустимо пересох и, казалось, что дальнейшая его обработка и изучение бессмысленно. Но я решила продолжить обработку материала на всякий случай.. Неожиданно на таких препаратах стали отчетливо видны невидимые ранее лимфатические сосуды заднего отрезка глаза.

Так, ”ремонт” стал причиной открытия лимфатических сосудов глаза, позволившего начать разработку нового подхода к лечению различных глазных заболеваний, в том числе, глаукомы, воспаления зрительного нерва, сосудистой оболочки, птеригиума и т. д. Эта концепция связана с известной науке о лимфосистеме, так называемой, “лимфотропной” терапии, основанной на использовании группы препаратов, расширяющих избирательно лимфатические сосуды.

И, наконец, самое важное, — Г-жа Удача явилась ко мне совсем случайно, без каких-либо предварительно поставленных задач и исследований. Она вырвала меня из моей исконной, “наследственной” и любимой специальности — офтальмологии (мой отец был зав. кафедрой офтальмологии в г. Омске). Она изменила мой профессиональный путь и заставила заново начать изучение, а, вернее, пытаться разгадать обнаруженный исключительно впечатляющий эффект. В дальнейшем оказалось, что он того стоил. Теперь уже стало ясно, что расшифровка явления привела к открытию не изученного до сих пор неравновесного состояния белка. Только в таком активном состоянии белок становится работающим мотором живого организма.

Вот, как это было. Занимаясь проблемой травмы глаза при гемофтальме (тема моей докторской диссертации), я случайно в 1973 г. обнаружила, как при высыхании сыворотки крови на стекле возникают удивительные, регулярно повторяющиеся спиральные симметричные структуры, совершенно непонятного происхождения. Высушив водный раствор белка без примесей, мне удалось идентифицировать эту картину с морфологией белковой пленки. Она представляла собой серию отдельных блоков, внутри которых были видны спиральные волны, трещины и ядра в в форме спиральных ракушек в центре. Такая картина наблюдалась в каждой пробе одного и того же белка и при высыхании различных белков. Она приковывала к себе внимание не просто упорядоченностью и 100% повторяемостью, но структурами, поразительно похожими на конструкции живых объектов — на лица, клетки, их ядра, леса и травы, ракушки и т. д. /Рис 1, 2, 3/ / pic 1. 2, pic 1. 3, pic1. jpg / адрес моего сайта — Homepage Elizabeth Rapis- http://teramips/com/rapis/

Само это подобие формы /симметрии/ высыхающего на стекле белка с живым было захватывающей загадкой, требующей ответа! С самого начала возникла интуитивная вера в то, что упорядоченность и красота объекта вовсе не случайна, она является залогом истинности и значимости наблюдаемого эффекта. Эту веру постоянно питала и питает слияние воедино эстетического чувства с загадкой природы, которую кажется вот-вот и можно будет разрешить объективными методами.

Отсюда невольно рождался поэтический язык, органически вплетающийся в научный поиск. Так возникали слова: “Что же это, что такое ?Как похоже на живое. Будто клетки., будто лица — как же тут не удивиться?. Надо все это понять и картинку разгадать. В блоке каждом по спирали. Мы такого не видали. Геометрия такая, клетку будто повторяя, говорит нам о законах в этой капле заключенных. Не случайно, видно, это. Не картинка для поэта. И, наверно., не для смеха вся эта гармония — как Моцарта симфония и т. д.... ”.

Кроме того, мне с самого начала представлялось, что поставленная цель выполнима только на “стыке” ряда научных направлений. Для получения хотя бы самых общих представлений о таком сложном процессе необходимо вторгаться в биологию, в молекулярную биологию, в химию, в физколлоидную и в супрамолекулярную химию, в физику, в биофизику, в неравновесную термодинамику, в нанонауку, в теорию самоорганизации, в самосборку кластерных пленок, в нелинейную науку, во фрактальную геометрию, технологию и т. д. Потребность многостороннего осмысления данного факта связана с междисциплинарной сущностью самого процесса самоорганизации, универсальные свойства которого присущи различным видам неживой и живой материи и во многом изучены глубже и полнее в других областях знаний, не касающихся белка.

Итак, для разгадки нового явления в белке необходимо было установить родственные связи с иными сопредельными направлениями науки. Поиски универсальных свойств материи в отвердевающем белке должны были помочь разорвать пелену особой его исключительности, позволить опираться на общие, уже известные закономерности природы, касающиеся ее самоорганизации.

Мое путешествие оказалось долгим и трудным в силу естественной ограниченности знаний у одного исследователя медицинской специальности. Невозможно объять необъятное. Поэтому для выполнения поставленной цели я неизбежно должна была пожертвовать глубиной анализа и позволить себе в широком диапазоне перечисленных научных дисциплин рассмотреть экспериментальные данные, даже и не пытаясь исчерпать возможности каждой отрасли науки. Эта задача будет предметом дальнейших исследований целого коллектива ученых.

Пока мною сделаны только первые шаги в разгадке этого явления. Однако изучение феномена уже на этом этапе позволяет говорить о том, что мной обнаружены не просто привлекательные картинки, а процесс САМООРГАНИЗАЦИИ БЕЛКА В НЕРАВНОВЕСНОМ СОСТОЯНИИ in vitro, до сих пор неизученный. Совершенно неожиданно мной получен наиболее адекватный метод, пригодный для исследования активных свойств белка при фазовых переходах в процессе его самоорганизации, при котором не только на стекле, но и в живом образуются структуры с одинаковыми видами и масштабами симметрии.

Проведенные эксперименты /Рапис Е. 1988-2005/ с использованием простого метода испарения воды из раствора белка позволили обнаружить различное поведение системы, высыхающей в разных условиях: в открытых и неравновесных и в относительно закрытых более равновесных. При этом изменялась скорость удаления воды из раствора, что принципиально меняло условия конденсации, а следовательно, и состояние белка. Так, в закрытой равновесной системе появлялись кристаллы белка, тогда как в открытой неравновесной системе происходила самоорганизация протеина с появлением, присущих этому процессу, так называемых, диссипативных структур. Их внешний вид описывает путь энергии, идущей к равновесию. Эти данные универсальны и известны для других видов материи. Отсюда следует, что только с достижениями в изучении неравновесных нелинейных процессов самоорганизации материи (неорганической и органической) в рамках синтетической науки — СИНЕРГЕТИКИ возможно постижение универсального поведения белка в процессе его самоорганизации. Данное явление нельзя описать математически простыми линейными уравнениями. Для описания сложных неравновесных процессов стали применять нелинейные уравнения. Так родилась нелинейная наука, названная НЕЛИНЕЙНЫМ МИРОМ, /см. стихотворение НЕЛИНЕЙНЫЙ МИР **/.

В этом мире действуют другие понятия и созданы новые синтетические научные направления (о сложных системах, хаосе, самоорганизации, синергетике, супрамолекулярной химии, фрактальной геометрии и т. д. ), которым всего около 40 лет. В рамках этих направлений описываются все активные и катастрофические явления природы, происходящие в космосе, на земле, в воде, например, такие как — ураганы, цунами, землетрясения, извержения вулканов и др. ). И, в первую очередь, это касается живой природы, где царствует наивысшая сложность материи и постоянная, спонтанная активная динамика самоорганизации. Именно такие научные представления (о коллективных неравновесных явлениях с нелинейными высокоэнергетическими системами, которые рождают энергию в процессе самоорганизации при ее минимизации), оказались тем теоретическим фундаментом, на котором только и может развиваться наука о живом, а, следовательно, и о белке.

Итак, мы пришли к заключению, что для раскрытия самой таинственной загадки природы — явления жизни, в первую очередь, необходимо понять сущность поведения работающего белка, в особом активном состоянии. Именно такой белок является мотором и архитектором живого. С этой целью наука о белке — протеомика — должна расширить рамки исследований, включая в себя изучение двух различных его состояний. Это должно касаться не только широко известного в настоящее время стабильного равновесного состояния белка в кристаллической фазе, но и активного неравновесного состояния протеина в фазе жидкого кристалла, которое недавно открыто и потому детально еще не изучено. Это позволит в будущем расшифровать общие и специфические свойства живого и белка при создании общей математической модели его самоорганизации. Она окажется фундаментом для дальнейшего развития многих направлений естественных наук — биологии, биофизики, биохимии, физиологии, патофизиологии, медицины, ветеринарии, сельского хозяйства, фармакологии, экологии и мн. др.

Сейчас я могу с уверенностью сказать, что невероятный случай привел меня к открытию важного явления природы“..... не пустяшного, а важнейшего для всех. Не отдать его людям, словно на душу ГРЕХ!”Стихотворение “Ода белку”2004г/. И потому:

Вывод сделала я свой

Не смеяться над судьбой

И в решении задачи

Верить г-же УДАЧЕ! .

А сейчас я думаю, что Удача моя и в том, что некоторые молодые люди, хоть и несмело, но начинают приобщаться к данной проблеме. И я рада приветствовать, доложенные на 10 конференции “Нелинейный мир” в Нижнем Новгороде 2 9 июня 2005г. работы докторов науки: Яхно Т., Яхно В., Тарасевича Ю, которые я рассматриваю как начало передачи эстафеты в руки молодым ученым. Желаю им успехов и веры в Г-жу Удачу. Они обещали тоже рассказать в этом номере газеты о своих исследованиях.

Проф. Тель-Авивского Университета Рапис Е.

** НЕЛИНЕЙНЫЙ МИР

 В нелинейном этом мире

Где все кружится в эфире

И энергией цунами

Вдаль уносится волнами

Импульсивной массой мчится

К равновесию стремится

И, являя силу власти,

Рвет материю на части

Там возводятся структуры

Удивительной натуры

НЕЛИНЕЙНЫЙ ЭТОТ МИР

ЗАРОЖДАЕТ ЖИЗНИ ПИР! И БЕЛОК ВСТУПАЕТ ВЛАСТНО

В нелинейный мир прекрасный

Он в особом состояньи

Только с нано расстоянья

Далеко от равновесья

Словно птица в поднебесье

Он спиралями завьется

И в бессмертье понесется

Не кристаллом, а ростком и распустится ЦВЕТКОМ!”

  

Избранные статьи по проблемам самоорганизации

 

Е.Рапис Эволюционный аспект самоорганизации белка // ЖТФ, 2008, том 78, выпуск 6

Е.Рапис О неравновесном фазовом переходе белка // ЖТФ, 2007, том 77, выпуск 6

Е.Рапис Неравновесное состояние наноструктур белка при его самоорганизации // ЖТФ, 2006, том 76, выпуск 2

Е.Рапис К проблеме нуклеации (образования клеток) при самоорганизации наноструктур белка in vitro и in vivo // ЖТФ, 2005, том 75, выпуск 6

Е.Рапис О характере процесса релаксации энергии возникающего при высыхании коллоидального раствора белка в открытой и в закрытой системах // ЖТФ, 2005, том 75, выпуск 9

Е.Рапис Самоорганизация и супермолекулярная химия пленки белка от нано- до макромасштаба // ЖТФ, 2004, том 74, выпуск 4

Е.Рапис "Беременные" ракушки // ЖТФ, 2003, том 73, выпуск 4

Е.Гольбрайх, Е.Г.Рапис, С.С.Моисеев О формировании узора трещины в свободно высыхающей пленке водного раствора белка // ЖТФ, 2003, том 73, выпуск 10

Е.Г.Рапис "Твист" растущих бактериальных колоний // ЖТФ, 2003, том 73, выпуск 12

Е.Рапис Изменение физической фазы неравновесной пленки комплекса белков плазмы крови у больных с карциномой // ЖТФ, 2002, том 72, выпуск 4

Е.Рапис Свойства и виды симметрии твердотельной кластерной фазы белка // ЖТФ, 2001, том 71, выпуск 10

Е.Г.Рапис Самосборка кластерных пленок белка в процессе конденсации (аллотропная неравновесная некристаллическая его форма) // ЖТФ, 2000, том 70, выпуск 1

Е.Г.Рапис О магнитной чувствительности протеина // ПЖТФ, 1997, том 23, выпуск 7

Е.Г.Рапис К вопросу о самоорганизации белка // ПЖТФ, 1995, том 21, выпуск 9

сгенерировано за 0.12712097167969 сек.

назад | на главную | наверх

Новости лаборатории

2012-06-04 Текущие результаты  2012 года... подробнее

2012-04-23 Основные итоги 2011 года... подробнее

2010-01-07 Основные итоги 2009 года... подробнее

2009-09-03 Приглашаем к сотрудничеству студентов. ... подробнее

2009-01-14 Дипломом конкурса на лучшую научную работу студентов... подробнее



Исакова, Тарасевич, Юзюк Обработка и визуализация данных физических экспериментов с помощью пакета Origin

Тарасевич Информационные технологии в математике

Медицина в зеркале информатики

 

 

Математическое моделирование и информационные технологии в науке и образовании, 2004–2012