Вклад В. М. Глушкова в разработку основ применения математических методов в биологии

Жолобак Н. М., г. Киев.

Из материалов конференции «Глушковские чтения» 2013 года.

Задачи разработки гносеологических основ математизации наук, среди которых не на последнем месте стояла и биология, стояли перед В. М. Глушковым в течение всей жизни. С 1961 года в вычислительном центре АН УССР под руководством Н. М. Амосова начал работу отдел биокибернетики в котором проводились исследования по изучению процессов управления и регулирования в живых организмах, моделирования этих процессов на ЭВМ. В библиографии Виктора Михайловича публикации на эту тему датируются 1965 годом. Вопросам гносеологических основ математизации наук, их решению в конкретных областях знаний Виктор Михайлович посвящает работы и последующих лет.

Усиленное внимание разработке основ применения математических методов в биологии уделяет Глушков в последние годы жизни (1978-1981 гг.). Если в 78-79 гг.— это публикации на конференциях по бионике, математическому моделированию, в журнале Кибернетика, препринтные издания института кибернетики АН УССР, отражающие направление работы коллектива ученых во главе с Глушковым, то в уже 1980 году выходит учебник для высшей школы «Методы математической биологии». В коллективе соавторов — такие известные ученые, как Амосов Н. М., Антомонов Ю. Г., Коган А. Б., Стогний А. А., Молчанов И. Н. и др. Увы, если сегодня спросишь биологов о нем: видели, читали, учились ли? То преимущественное большинство ответит отрицательно. Дальше критерия Стьюдента и у более продвинутых — понятия о непараметрических методах — речь не идет. А ведь ставилась задача — разработать и донести до пользователя методы, позволяющие анализировать биологические явления с адекватным использованием математического аппарата. И это должны были быть не статистические расчеты достоверности отличий значений, а средства анализа и прогноза явлений в биологических объектах.

Еще в конце 70-х годов Виктор Михайлович на основе нелинейных динамических макромоделей анализирует процессы регуляции рецепторных функций клеток, разрабатывает математические модели реакций организма на повторяющиеся воздействия химических веществ. Такой аппарат в руках исследователя должен был способствовать адекватному анализу процессов взаимодействия живого, его ответов на разнообразные раздражители.

В течение нескольких лет В. М. Глушков совместно с В. В.Ивановым, В. М. Яненко и др. публикует исследования различных аспектов приложения нового класса динамических моделей в биологии. В том числе их интересуют средства моделирования развивающихся систем. Указанный подход позволил провести моделирование эволюционного процесса, выявить его закономерности.

С высоты известных фактов, очень симптоматичной является опубликованная в 1979 году работа Виктора Михайловича в которой он попытался провести анализ процессов развития рака: «Проблема рака с позиций общей теории систем». Конечно, он оговаривается, что «выводы следует рассматривать не как «истину в последней инстанции», а лишь как более или менее правдоподобные предположения, требующие соответствующей проверки средствами современной биологической и медицинской науки». Глушков, рассматривая процесс передачи наследственного материала и его воспроизводства, определяет ДНК как эталонный штамп и и-РНК — как рабочий. «В технических системах такая организация процесса применяется для уменьшения износа эталонного штампа». Он акцентирует внимание на том, что формирование патологии, в данном случае, неопластического роста, не имеет жесткой обусловленности: «Поскольку набор штампов у потомства является некоторой комбинацией из штампов родителей, то большая или меньшая предрасположенность к порче штампов может передаваться (хотя и необязательно передается) по наследству. Ввиду вероятностного характера процесса порчи штампов здесь речь идет именно о предрасположенности к болезни, а не к ее фатальной неизбежности...».

С позиций общей теории систем становится обоснованной точка зрения о невозможности создания универсального лекарства. Виктор Михайлович пишет: «...Если считать порчу штампов болезнью, то мы должны признать, что на самом деле мы имели дело не с одной болезнью, а с огромным количеством болезней, хотя и сходных по своему механизму, но, тем не менее, отличающихся друг от друга своими индивидуальными особенностями. Это обстоятельство делает маловероятным открытие универсального лекарства для лечения подобных болезней: в лучшем случае это удастся сделать для того или иного их класса».

Кроме того, нарушение структуры и функции нуклеиновых кислот не является однозначной причиной развития патологии. Она возникает только тогда и там, где организм не может контролировать размножение клеток: «Имея в виду интенсивность различного рода факторов, способствующих порче штампов, нетрудно понять, что такие «болезни» ежечасно и даже ежесекундно возникают в клетках каждого человека и каждого животного. Истинной болезнью такая порча оборачивается лишь тогда, когда она приводит к массовому размножению «испорченных» клеток, т.е. к образованию в организме в заметных размерах чужеродной опухолевой ткани».

Виктор Михайлович указывает, что перерожденные в результате порчи штампов клетки подвергаются атакам со стороны иммунной системы. И здесь решающее значение имеет то, какой процесс будет идти быстрее. «Рак — это такая порча эталонного штампа (ДНК), которая порождает клетки, процесс размножения которых протекает достаточно долгое время более интенсивно, чем процесс их уничтожения иммунологической системой организма». И интенсивность этих процессов определяется, в том числе и внешними факторами, на часть из которых можно влиять. «На таком влиянии и зиждятся все возможные способы лечения рака (как известные, так и пока неизвестные)». Рассматривая возможные способы лечения рака, В. М. Глушков анализирует преимущества и недостатки каждого из них, не упуская из виду индивидуальность проявления заболевания, выдвигая предположение о ведущей роли конкретного ответа организма, вплоть до того, что «...опухоли у одних людей могут оказаться метастазирующими, а у других – нет». Препараты, направленные на угнетение опухоли, «... следует искать в классах органических веществ того же порядка сложности, какими являются сами объекты». И одним из самых перспективных подходов он считает целенаправленное воздействие на иммунную систему с целью усиления ее избирательного воздействия на те или иные виды опухолей.

В. М. Глушков не уходил от сложных вопросов, вопросов пока не имеющих своего решения, и решал их легко и изящно. Одно из свидетельств — публикация в 1981 году в журнале «Кибернетика и вычислительная техника» его интервью «Электроны, волны, живые клетки». На модный тогда вопрос о природе биополя он отвечает: «Живое отличается от неживого в первую очередь высоким уровнем организации и управления. Исходя из этого, уместно предположить, что биополе, если таковое действительно есть, является вполне обычным, хорошо известным физикам. Но, поскольку оно связано с организмами, ему, как и им, должны быть присущи свойства организованности и управляемости». И дальше пытается предвидеть как можно понять и каким образом обнаружить и зафиксировать соответствующие явления. Он предполагает, что «сама нервная система, мозг человека тоже представляет собой совокупность осцилляторов, но уже не электронного уровня, а клеточного... То есть каждая клетка способна зарядиться и разрядиться. А результатом этого процесса являются нервные импульсы. Они сопровождаются электромагнитным излучением в пространство. Однако уже не в инфрактрасном диапазоне, а на радиочастотах». Такой подход позволяет объяснять многие «непонятные» биофизические явления живого.

В своей работе В. М. Глушков последовательно придерживался принципа органического единства теории и практики, единства фундаментальных и прикладных исследований. Т.е. не развивать теорию ради теории: цели в развитии теории должны отвечать задаче максимальной практической отдачи теоретических результатов. С другой стороны, осмысливать каждый новый практический результат под теоретическим углом зрения, стремясь обеспечить максимальную общность и наиболее широкую применимость этого результата.

В своих воспоминаниях В. М. Глушков говорит о развитии задач применения математического аппарата: если вначале целью было автоматизировать процесс выполнения самых разнообразных работ, то конечный результат представлялся как создание автоматизированной системы развития науки и техники в целом.

Увы, планы Виктора Михайловича не реализовались. Но то, как он видел перспективу, цели и задачи — это огромнейшая школа понимания развития не только науки, но и ее места в обществе, и самого общества. Наука, не взяв на вооружение наработанное созданной в СССР кибернетической школой во главе с В. М. Глушковым, находится сейчас в плачевном состоянии. И появляющиеся сейчас публикации о конце науки, например вышедшая в 1996 году и переведенная у нас в 2001 году книга Д. Хоргана «Конец науки. Взгляд на ограниченность знания на закате Века Науки» — актуальны не только для отечественной науки, но и всей современной науки вообще.