Техника - молодёжи 1968-04, страница 12

НАУЧНОЕ ОБОЗРЕНИЕ

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ ЖИЗНИ

ЧТО ДАЛЬШЕ?

Научный обозреватель журнала А. МИЦКЕВИЧ, кандидат физико-математических наук

Несколько лет назад наш журнал одним из первых откликнулся на сенсационное открытие группы английских ученых, которые частично расшифровали то, что теперь в популярной литературе принято именовать «кодом жизни».

Открытие было удостоено Нобелевской премии.

По-видимому, наиболее важный момент исследования генетического кода заключается не столько в доказательстве того факта, что последовательность аминокислот в белковой молекуле «запрограммирована» азбукой, состоящей из так называемых пуриновых и пиримидииовых оснований. Важным оказалось другое: было доказано, что интимные особенности будущего живого организма сокрыты в особых свойствах сложных органических молекул. Четыре вещества: аденин, ти-мин, цитозин и гуанин, нанизанные, как бусинки, на длинную двойную молекулу ДНК в соответствующей последовательности, несут в себе полную информацию относительно того, как должна развиваться живая клетка, до каких пор она должна расти и когда должен начаться процесс ее размножения.

Одним словом, молекулы огромной сложности оказались в некотором смысле и началом и основой живой материи.

С тех пор получили полное право на существование и развитие такие ранее не существовавшие науки, как молекулярная биология, молекулярная биохимия, молекулярная биофизика.

Еще сравнительно" недавно, примерно 25—30 лет назад, школьники, изучая химию, усвоили, что все химические превращения происходят «на уровне электронов». Электроны, составляющие оболочку атомов, якобы единственно ответственны за все химические превращения, наблюдаемые в природе. Хотя из курса физики уже была известна «планетарная модель» атома, считалось, что ядра химических элементов в химических процессах никакой роли не играют.

Эта точка зрения была поколеблена, когда возник вопрос о физическом объяснении периодического закона Менделеева. Действительно, чем объяснить, что одни элементы электроотрицательны и способны в химических реакциях «отдавать» электроны, а другие — электроположительны — способны эти заряды себе присваивать? Почему существует группа «инертных элементов 8-й группы»?

Природа валентности химических элементов была объяснена квантовой механикой, и оказалось, что она тесно связана, а точнее, полностью определяется взаимодействием оболочеч-ных электронов с ядром. Взаимодействие электронов с положительно заряженным ядром также оказалось не таким простым, как предполагал создатель планетарной модели Резерфорд. Электроны в атомах могут находиться в практически бесконечном числе состояний, которые характеризуются не только их энергией, но и их магнитными и орбитальными моментами, а эти последние зависят от энергетических состояний, магнитных и орбитальных моментов атомного ядра.

И если я скажу, что современная квантовая химия является частью атомной и ядерной физики, то это вовсе не признак профессионального патриотизма.

Приведу один пример. С точки зрения «старой» химии совершенно непонятно, как объединяются в молекулы одинаковые атомы: например, какие силы удерживают два атома водорода в молекуле Н₂?

Квантово-механический расчет по так называемому методу Гайтлера — Лондона показывает, что, кроме электростатических сил взаимного отталкивания, между электронами обоих ятомов водорода возникают еще новые силы, силы притяже-

ия, которые получили название обменных сил. Когда электронные оболочки взаимно перекрываются, то возникает такая картина, как будто бы они создают одну общую оболочку,

некую электрическую «скорлупу», охватывающую и удерживающую вместе оба ядра.

Электроны, осуществляющие химическую прочность многих органических молекул, называются я-электронами Они не связаны с отдельными атомными ядрами. Они принадлежат всему коллективу ядер, то есть всей молекуле в целом.

Взаимодействие электронов с ядрами проявляется в особенностях их энергетического спектра, который изучается по их излучению.

Этот небольшой экскурс в историю химических представлений сделан для того, чтобы стала более понятна «философия» того, о чем речь пойдет ниже.

Великий Эйнштейн говорил, что: «...во всей истории науки, начиная с греческой философии и кончая современной физикой, мы видим непрерывные попытки свести кажущуюся сложность явлений природы к неким простым идеям и отношениям».

Английскому философу XIV века Уильяму Оккаму принадлежит изречение, которое часто называют «Бритвой Оккамы»: «Сущности не следует умножать без необходимости». Дескать, все, что можно отсечь бритвой для понимания сущности явления, нужно отсекать.

Однако сложная природа не стремится к математическому изяществу, к которому стремился Эйнштейн, а важнейших «сущностей», которые, увы, отсечь нельзя, становится все больше и больше, по мере того как исследователь углубляется в предмет своего исследования.

Возвращаясь к молекулярной биологии, я хотел бы подчеркнуть, что на нынешнем этапе ее развития ее основной «сущностью» является сложная органическая молекула.

Нас не должно удивлять, что еще в' начале прошлого столетия немецкий ботаник Шлейден и зоолог Шванн отметили, что растения и животные являются «скоплением клеток». Их последователь Рудольф Вирхов провозгласил доктрину, что клетка является изначальным и конечным элементом всех живых организмов, и следовательно, любой многоклеточный организм — это всего лишь навсего «сообщество клеток». Теория Вирхова значительно затормозила развитие медицины, которая долгое время искала первопричины всех болезней в дефектах клеток.

Забегая вперед, сообщу читателю, что совсем недавно в Советском Союзе издана книга польского ученого, доктора медицины Антони Хорста с многозначительным названием: «Молекулярная патология». Медицина начинает рассматривать возникновение болезней на молекулярном уровне.

Болезнь молекулы! Совсем недавно такое выражение звучало бы как бессмысленная ересь! Но теперь нам известно, что яды, микроорганизмы, вредные излучения в первую очередь изменяют и дезорганизуют структуру молекул, входящих в состав клетки, особенно ее самой важной и критической составной части, которая называется ядром. Повреждение «кода жизни», нанесенного на молекулу ДНК, какими бы причинами это повреждение ни было вызвано, может стать причиной заболеваний всего организма, начиная от легких болезней и кончая тяжелыми наследственными недугами и злокачественными опухолями.

Существует по крайней мере несколько десятков причин, вызывающих раковые заболевания. Причин много, но все они делают одно дело: перестраивают структуру наследственных молекул живой клетки.

Я пишу эти строки с нескрываемым восхищением перед поразительными успехами молекулярной биологии, успехами, достигнутыми за исторически короткий срок. И тем не менее меня не покидает чувство смутной тревоги: а не повторится ли что-нибудь подобное, вроде истории с клеточным абсолютом Вирхова?

8