Техника - молодёжи 1986-09, страница 21

шие «строительные блоки» живых систем. Эксперименты подобного рода были столь многочисленны и успешны, что, по шутливому замечанию одного из ученых, «труднее не получить какое-либо важное и нужное соединение, чем получить его».

Однако в последние десятилетия гипотеза панспермии неожиданно обрела «второе дыхание». Возвращение к ней, как ни странно, было обусловлено... бурным развитием молекулярной биологии, биохимии и, что самое неожиданное, новыми открытиями в геологии и астрофизике.

Сенсационные находки были в геологии: следы простейших существ обнаружили в породах, возраст которых превышает 3,5 млрд. лет! Но это уже целые организмы, а значит, их предтечи — сложные компоненты — появились еще раньше, где-то около 4 млрд. лет назад! И сейчас считается, что остывание Земли и появление живого разделяет буквально миг на геологических часах — каких-нибудь 200 млн. лет. Не слишком ли мало остается времени для эволюции от неживого к живому? В этой связи особую остроту приобрела проблема возникновения носителя наследственной информации — ДНК большой и сложной молекулы. Вероятность ее самопроизвольного «зарождения» из одиночных «кирпичиков» — мономеров составляет столь малую величину, что на осуществление этого события не хватит всей истории не только Земли, но и Вселенной.

Выходит, жизнь и в самом деле была занесена «на ботинках инопланетян»?

С 70-х годов нашего века астрофизики стали открывать в межзвездной среде органические молекулы — вплоть до аминокислот и циклических углеводородов. Это казалось удивительным — вакуум, космический холод, жесткие излучения, ничтожные плотности вещества — и вдруг сложные молекулы! Особенно много содержится их в темных межзвездных облаках...

Но могут ли в таких условиях образовываться полимеры — ведь они основа живых структур? Похоже, что могут. Серьезным основанием для такого утверждения является открытие академиком В. И. Гольданским квантового механизма протекания химических реакций (и в том числе полимеризации) Ари низких температурах. Он же первым высказал оригинальную гипотезу о возможности возникновения жизни не на планетах, а в космическом пространстве. Аналогичный — «холодный» сценарий почти одновременно предложили и английские астрофизики Ф. Хойл и Ч. Викрамасингхе. Но они интерпретировали ряд астрономических наблюдений как свидетельство того, что некоторые межзвездные газово-пы-левые облака состоят из... микробов или их останков! А значит, не только жизнь попала на Землю извне, но и эпидемии на нашей планете — следствие «вторжения из космоса» бактерий и вирусов! Впрочем, эта — опять-таки крайняя —

точка зрения не получила поддержки у большинства ученых.

В проблеме происхождения жизни, помимо основной дилеммы «планета — космос», существует еще целый набор гипотез, уточняющих, например, как именно на планете возникла жизнь: на ее поверхности или в атмосфере? Как возникали те или иные молекулярные структуры и свойства живого — биополимеры и способность к эволюции? Скажем, английский химик Г. Кэрнс-Смит считает, что ключевая роль здесь принадлежала глинам, которые и были первыми «квазиживыми» структурами, положившими начало эволюции.

Как видим, недостатка в гипотезах нет. Какие же принципы положить в основу отбора «сценариев» происхождения жизни? Ведь при отсутствии таких принципов — или принципа — все гипотезы одинаково убедительны или неубедительны

Здесь уместно напомнить, что похожая ситуация совсем недавно наблюдалась в космологии, где спорил ряд равноправных моделей эволюции Вселенной. В их числе была и так называемая «горячая модель» — теория «большого взрыва», которая стала общепризнанной лишь после того, как было обнаружено «реликтовое излучение», предсказанное именно ею. Реликтовое излучение и стало тем критерием отбора, который отсек другие гипотезы и модели Ведь это излучение—«живой» свидетель первых мгновений Вселенной.

Есть ли в современной биосфере ка-кое-либо «реликтовое» свойство, которое позволило бы нам отобрать достоверный «сценарий» возникновения жизни?

Оказывается, такое свойство есть. И известно оно уже более ста лет. Это хиральная чистота биоорганического мира.

Хиральная чистота — это удивительное свойство, отличающее живую материю от неживой и открытое в середине прошлого века Луи Пастером, заключается в том, что природа использует в живых организмах только «левые» аминокислоты и только «правые» сахара. Если уж быть совсем точным, то хираль-но чиста основа живого — нуклеиновые кислоты (РНК и ДНК), содержащие только «правые» изомеры Сахаров (соответственно рибозы и дезоксирибо-зы), и ферменты, которые состоят только из «левых» изомеров аминокислот. С примерами левых и правых изомеров все знакомы — это, скажем, руки. В зеркале левая рука выглядит как правая и наоборот. Кстати, именно от руки — по-гречески хейр — происходят термины хиральность, а также хирургия, хиромантия... Итак, хиральными называют такие объекты, которые могут быть «переведены» друг в друга только с помощью операции отражения в зеркале. Их нельзя никаким другим способом совместить друг с другом: попробуйте натянуть на правую руку левую пер-

ПРОБЛЕМЫ И ПОИСКИ

чатку или надеть на левую ногу правый ботинок.

Перейдем к молекулам. Получить представление о том, что такое хираль-ные молекулы (левые и правые молекулы еще называют зеркальными изомерами), довольно просто. Возьмите четыре спички и скатайте пять пластилиновых шариков пяти разных цветов. Затем на головку каждой спички наденьте по шарику, а свободные концы спичек воткните в последний шарик так, чтобы образовался тетраэдр (его основание— незамкнуто). Модель хираль-ной молекулы готова — молекулы аминокислоты Четыре свободных шарика соответствуют различным атомным группам, образующим аминокислоту (СООН, ОН, NH₃ и Н — в случае ала-нина), а центральный пятый—атому углерода. Ее зеркальный изомер можно получить, если сделать такую же конструкцию, но поменять два любых шарика на головках -спичек местами. Легко убедиться, что, не разломав конструкции, их нельзя совместить. Но если взять зеркало, то, посмотрев на отражение одной модели, вы узнаете в нем другую. Молекулы — зеркальные изомеры — совершенные двойники: все их физические, впрочем, как и химические, свойства полностью совпадают, и отличить их можно только одним способом. А именно: пропуская через их раствор поляризованный свет. Левые молекулы будут поворачивать плоскость поляризации света влево, а правые — вправо.

Теперь вернемся к загадке возникновения хиральной чистоты биомолекул. Дело в том, что после открытия Пастером свойства хиральной чистоты живой материи химики попытались синтезировать хирально чистые соединения из нехиральных в лаборатории без использования микроорганизмов. И очень быстро выяснили: то, что без труда делают живые системы, не удается в химической колбе В экспериментах постоянно получается рацемат, то есть половина молекул правые, а половина — левые! Кстати, в уже упоминавшихся опытах Миллера — Юри синтезировалась именно рацемическая смесь аминокислот. После многочис-

Самые древние на сегодня следы живого на Земле — отпечатки многоклеточного организма, который существовал более 3,5 млрд. лет назад. Справа — его реконструкция.

2*

19