Техника - молодёжи 1986-09, страница 26

основания «неправильно» собравшаяся лента — из Сахаров разной хиральности То же самое происходит и с молекулярной нитью — комплементарное -ти цепочек нет, и вторая цепочка-реплика не образуется.

А если в рацемической среде все-таки собралась хирально чистая цепочка (в нуклеотидах только «правые» сахара), что тогда? Совместно с С. А. Аникиным мы исследовали и эту возможность, отталкиваясь от экспериментов по репликации полинуклеотидов, выполненных интернациональной группой химиков, возглавляемых американским биохимиком Л. Оргелем. В их опытах было показано, что на хирально чистой це-почке-матрице в рацемическом растворе нуклеотидов собираются лишь очень короткие реплики — всего три-четыре нуклеотида с «правыми» сахарами, в то время как в хирально чистом растворе существенно более длинные — до двадцати. Происходит это потому, что как только в реплике появляется нуклеотид с «левым» сахаром, цепочка прекращает рост. Вспомним еще раз аналогию с застежкой-«молнией»: хотя теперь зубцы в двух половинках застежки соединены между собой, но некоторые из них все-таки посажены криво. Внутримолекулярные напряжения между звеньями цепочки столь велики, что лента «не выдерживает» и рвется (сахара не могут соединиться между собой в одну цепочку). И «молния» распадается на застегнутые, но короткие кусочки.

Таким образом, саморепликация в рацемической среде невозможна! Именно поэтому прежде чем возникли самореплицирующиеся структуры, должно произойти нарушение зеркальной симметрии предбиологической среды — переход от рацемической среды к хирально чистой.

Ну а как же быть с проблемой образования длинной молекулы протоРНК? Похоже, что и на этот вопрос есть ответ. Предложенная нами модель процесса саморепликации предсказывает, что в хирально чистой среде могут реплицироваться цепочки, состоящие не более чем из 300 нуклеотидов. И хотя вопрос о самосборке блока и остается, но вероятность сборки таких молекул, конечно, существенно выше. По-видимому, так и происходило — длинные молекулы, состоящие из многих тысяч нуклеотидов, собрались «блочным» методом из коротких. Ведь никого не нужно убеждать, что монтаж дома из готовых блоков требует намного меньше времени, чем его постройка из кирпичей. Так что 200 млн. лет могло вполне хватить на всю предбиологическую эволюцию.

Итак, резкое нарушение зеркальной симметрии предбиологической среды открывает путь появлению живых систем, дальнейшей эволюции. Как тут не вспомнить слова немецкого ученого Д. Фрея: «Симметрия означает покой и скованность, асимметрия же, являющаяся ее полярной противоположностью, означает движение и свободу».

В нашем случае — движение от неживого к живому и свободу эволюции.

«ПОМОЖЕТ Л И ФИЗИКА ПОНЯТЬ ПРОИСХОЖДЕНИЕ ЖИЗНИ?» Так

назвал доктор физико-математических наук Леонид Леонидович Морозов свою последнюю статью. Он умер в самом расцвете сил, 38 лет от роду, не успев осуществить большую часть своих замыслов. На самом деле вопросительный знак в заголовке статьи — лишний Ведь именно идеи и работы самого Л. Л. Морозова и его сотрудников, интенсивное обсуждение этих проблем и совместная работа с академиком В. И. Гольданским продемонстрировали исключительную плодотворность физического подхода к вопросам происхождения жизни.

На базе представлений о спонтанном нарушении зеркальной симметрии в ходе предбиологической эволюции удалось по-новому подойти к вопросу об отборе «сценариев» возникновения жизни. Поскольку хиральная чистота биомолекул — «реликтовое излучение биологии» (это образное выражение принадлежит Л. Л. Морозову), то жизнь может возникать лишь там, где успеет сформироваться это свойство органической среды. А отсюда следует простой критерий: если время существования объекта (планеты, межзвездного облака) меньше времени, необходимого для перехода от рацемического состояния к хирально чистому, то жизнь здесь не успевает возникнуть.

Само же это время можно оценить, зная физические характеристики среды: плотность органических молекул, характерную энергию их взаимодействия, температуру и т. п. Например, для первобытной Земли, как показывают расчеты, оно порядка 1 —10 млн. лет. А вот для межзвездного облака время ожидания такого перехода больше, чем время жизни самого облака. Однако следует заметить, что это предварительная оценка, а поскольку физико-химические процессы в межзвездной среде известны пока плохо, то по мере накопления знаний о химии межзвездной среды цифры могут и измениться Тем не менее важно то, что теперь мы имеем возможность, зная характеристики среды, выносить обоснованное суждение о принципиальной возможности возникновения жизни в этой среде. Мне кажется, что именно такого типа подходы имел в виду английский физик, лауреат международной Ленинской премии мира Дж. Бернал, когда писал, что «мы должны искать законы, которые были бы приложимы ко всякой жизни, где бы и когда бы она ни возникала».

Хотелось бы подчеркнуть один важный момент. Проблема происхождения жизни (как и проблема происхождения Вселенной) необычайно сложна и вряд ли может быть экспериментально воспроизведена от А до Я- Именно поэтому теоретический ее анализ играет исключительно важную роль. И сила (я бы даже сказал — красота) физико-математического подхода к этой

проблеме, о котором здесь идет речь, состоит в том, чтобы, используя наблюдаемые сегодня «следствия» скрытых занавесом миллиардов лет процессов, установить их «причины» — те механизмы, которые обеспечили появление жизни.

Не первый раз взаимодействие точных наук и биологии высекает искру, которая освещает казавшиеся загадочными свойства живого. Достаточно вспомнить историю открытия и исследования свойств двойной спирали ДНК-Или открытие и понимание законов генетики и динамики сообществ организмов, или — как мы сейчас говорим — экосистем. И каждый раз нужна не только недюжинная научная смелость, но и глубокие знания, чтобы, выдвинув новую идею, обосновать ее.

Происхождение жизни — поле, на котором до сих пор происходит столкновение науки с религиозными и идеалистическими представлениями, спекулирующими на еще не решенных проблемах науки. В качестве примера можно привести обсуждавшуюся здесь проблему возникновения аппарата саморепликации. И пока наука ищет ответ на этот вопрос, как произошла эта самосборка ДНК из отдельных кирпичиков-нуклео-тидов, теологи и креационисты (сторонники библейской трактовки происхождения жизни) используют эту проблему как аргумент в пользу божественного акта творения. Но история развития науки показывает, что она всегда в конце концов отвечала на самые каверзные вопросы, которые задает природа...

Конечно, мылишь фрагментарно рассказали о современном состоянии проблемы происхождения жизни и достижениях последних лет. За рамками статьи остались многие проблемы, вокруг которых ведутся оживленные дискуссии. Например, часто задают вопрос: «Почему сахара «правые», а аминокислоты «левые»?» Действительно, что это — случайность или проявление, скажем, «космической дисимметрии», как предполагал Л. Пастер. Этой проблеме уже более ста лет, но окончательного ответа нет до сих пор, и в последние годы она интенсивно изучается многими исследователями. Отметим, что нарушение зеркальной симметрии в «мире» Сахаров могло обусловить, по-видимому, нарушение зеркальной симметрии в «мире» аминокислот — поли-нуклеотиды с природными «правыми» сахарами отбирают именно «левые» аминокислоты, а не их антиподы.

Нерешенных и весьма серьезных вопросов еще достаточно, но сегодня уже трудно вторить американскому астроному X. Шепли, утверждавшему, что «переход от неживого к живому явился почти невозможной цепочкой в высшей степени маловероятных событий». При опредеделенных условиях такой процесс закономерный и неизбежный. Определение же необходимых для этого условий — дело объединенных усилий ученых разных специальностей: и химиков, и биологов, и геологов, и физиков.

24