Парадоксы эволюции. Как наличие ресурсов и отсутствие внешних угроз приводит к самоуничтожению вида и что мы можем с этим сделать - Алексей Аркадьевич Макарушин

Эмерджентность канцерогенеза

Однако более целостный подход к пониманию опухолевого процесса, исходя из энтропийных, квантовых и эволюционных оснований жизни, еще требует широкого осмысления. Мы увидели, что высокая неопределенность окружающей среды должна способствовать склонности элементов системы к самоуничтожению (в случае клетки – апоптозу), низкая – напротив, способствовать устойчивости (УПС: глава XI). Способность снижать неопределенность во многом определяется тезаурусом системы и ее умением наиболее точно отражать причины неопределенности в своих внутренних моделях. Это умение зависит от уровня сложности, которой система обладает сама и которую способна создать. Искусственно перенасыщенный (достигший пределов емкости свой информационной тары) тезаурус системы в условно комфортных условиях и/или избыточная сложность внутренних моделей снижает, с одной стороны, склонность к самоликвидации, с другой – сужает границы ее индивидуальности до ее физических границ, делая первый шаг к вычленению себя из коллективной индивидуальности, например органа или организма. Другими словами, происходит сжатие вычислительной границы многоклеточной функциональной системы. Внешне это может выглядеть как снижение некоторой функциональной избыточности в вовлеченных тканях (см. феномен «продавца газет», УПС: глава VI).

Агенты или факторы, снижающие индивидуальную или коллективную информационную емкость (перенасыщающие тезаурус) субклеточной, клеточной или субтканевой системы (тканевых единиц), могут рассматриваться как канцерогенные, а снижающие тезаурус, в том числе создающие умеренный дискомфорт по принципу горметического стресса, – как противоопухолевые.

Опухолевые клетки обретают «зародышевость», то есть оказываются подобны зиготе, также образовавшейся в условиях информационной насыщенности чрезвычайно защищенной среды, создавшей для зиготы своеобразный информационный, в том числе эпигенетический ландшафт. Движимые эгоизмом своих специфических генетических ансамблей, они выбирают свой отдельный эволюционный путь, в целом не противоречащий магистрали всеобщей эволюции. Другой вопрос, что для своих родительских организмов они оказываются на этом всеобщем пути не стыковочными рельсами или стрелками, а весомыми помехами – тормозными башмаками, сбрасывающими в итоге весь состав целостного организма в кювет небытия. Можно расценивать это как естественный парафеномен эволюции в условиях относительно сниженного давления паразитов: если внешние паразиты не заполнили весь доступный объем эксплуатации, это сделают внутренние паразиты – злокачественные опухоли. Но это уже тот всеобщий аспект (микро)эволюции, которому мы в силах «контрэволюционно» противостоять.

Более развернутые и систематичные рассуждения австралийских ученых Элизабет Сигстон и Брайана Уильямса (Sigston E. A. W. and Williams B. R. G., 2017), также рассматривающих проблему рака с позиций эмерджентности (УПС: глава VI), системности, термодинамики, сложности, энтропии и биоинформатики, и позволили им составить 12 принципов «рамочной концепции эмерджентности канцерогенеза» (an emergence framework of cancerogenesis). Данные принципы приведены ниже без купюр и комментариев в скромной надежде, что все предыдущее изложение позволит читателю самостоятельно понять и оценить эти принципы и их научно-прикладной потенциал.

• Рак – это динамическая сложная система, эмерджентно возникающая на уровне «функциональной тканевой единицы (ФТЕ)».

• Рак – не отдельная болезнь, но эмерджентный феномен, который может возникать во многих ФТЕ в результате множества различных процессов. Эти процессы запускают механизм канцерогенеза, который является специфическим для данной ФТЕ и может быть специфическим для отдельной опухоли. Общие характеристики ракового состояния могут быть достигнуты через различные системы использованием различных механизмов.

• Способность к возникновению рака (его причинность) – это свойство целой системы и не связано с определенным иерархическим уровнем ее организации: многомасштабные причинно-следственные связи одновременно увязывают его причины с различными иерархическими уровнями.

• «Состояние» клетки определяется ее положением в ФТЕ и состоянием ФТЕ как системы. Все живые системы обладают обменом веществ и в этом плане являются во времени динамическими. Выбор между «покоем» или «делением» как состоянием клетки «по умолчанию» абсолютно нерелевантно с точки зрения рамочной концепции эмерджентности канцерогенеза.

• Здоровая ФТЕ является метастабильной системой, осцилирующей между поддержанием оптимальной функциональности, максимальной адаптируемостью в коммуникациях со своей окружающей средой, и самосохранением через восстановление, дифференцировку и апоптоз. Метастабильное состояние описывается естественным законом статуса ФТЕ, согласно которому этот статус определяется как F=k/M (рис. 41), где F – статус ФТЕ, M – показатель восстановления/роста, k – константа (k≠0).

• ФТЕ обретает точки самоорганизованной критичности в обоих направлениях к энтропии или хаосу (см. рис. 41), за которыми происходят коллапсы критичности («катастрофы»), приводящие к утрате морфологических и физиологических характеристик здоровой ФТЕ и формированию состояния, способного привести к возникновению рака. ФТЕ как метастабильная система осцилирует в фазовом пространстве состояний между оптимальной функциональностью, наибольшей адаптируемостью, с одной стороны, и самосохранением через восстановление и дифференцировку, с другой. Если ФТЕ слишком сильно сдвигается в сторону наилучшего функционирования, у нее сокращается способность к адаптациям в ответ на изменения окружающей среды. В крайнем выражении она становится закрытой системой, неспособной получать энергию из своего окружения, что в соответствии со вторым началом теродинамики увеличит ее энтропию и, в случае биологической системы, повлечет старение и смерть. Если ФТЕ перейдет в состояние чрезмерного роста или перевосстановления, то это повлечет перенаправление энергии от задач нормального функционирования и увеличит потребность в поступлении дополнительной энергии из окружающей среды, сдвигая систему в гиперэнергизированное состояние.

Рис. 41. По Sigston E. A. W. and Williams B. R. G., 2017

• Снижение избыточности здоровых ФТЕ за счет возрастания энтропии (дегенерации) или чрезмерного восстановительного процесса в ответ на повреждение ткани сопряжено с увлечением риска возникновения рака.

• Факторы риска рака с помощью различных механизмов ускоряют снижение избыточности ФТЕ по сравнению с естественным процессом старения.

• Потеря характеристик, которые делают ФТЕ целостной системой, является обязательным условием формирования начального предракового состояния.

• «Рак» представляет собой появление новой «системы», возникающей из компонентов ФТЕ, утратившей нормальное устройство самоорганизации и функциональность, что проявляется изменениями в ее морфологии и физиологии.

• Развитие рака – это детерминированное развитие последовательностей быстро адаптирующихся эмерджентных систем, каждая из которых проявляется определенными морфологическими, физиологическими и поведенческими паттернами, динамика которых может быть изучена с применением подхода фазового пространства системы.

• Рамочная концепция эмерджентности канцерогенеза предоставляет общую единую платформу для упрощения и объединения изучений рака во всех областях фундаментальных, клинических и трансляционных[21] исследований. Фокус этих исследований должен быть направлен на тот уровень биологической организации, на котором ставится диагноз ракового процесса – ФТЕ.

Библиографический список

1. Гавриш О. Г. (2003). Гурвич А. Г. и подлинная история биологического поля. Химия и жизнь. № 5. С. 32–37.

2. Тейлор Д. (2016). Здоровье по Дарвину. Почему мы болеем и как это связано с эволюцией. – М., Альпина Паблишер.

3. Таунсенд Дж. (2018). Эволюционное древо рака. ВМН № 7, с. 44–50.

4. Гейтенби Р., Дегрегори Дж.(2019). Борьба с раком по Дарвину. ВМН № 10, с. 5–11.

5. Актипис А. (2021). Злостные читеры. ВМН № 3, с. 22–26.

6. Iranzo J., Martincoreno I., Koonin E. V. (2018). Cancer-mutation network and the number and specificity of