Причина времени - Аксенов Геннадий Петрович

*****************

Однако и принцип Ламарка, и принцип неравновесности Бауэра, и понятие о биогеохимической энергии Вернадского – все еще очень общие научные положения. Они дают возможность понимания, но не дают пока возможности работы с этими принципами. Более детальное рассмотрение возможно при применении к ним представления о диссимметрии пространства, которая является, как мы решили выше, оборотной стороной необратимости времени.

Принцип Ламарка позволяет поставить вопрос так: является ли диссимметрия Пастера и неравновесность Бауэра одним и тем же свойством живой материи, выраженной на разных языках. Можно ли отождествить диссимметрию и неравновесность?

Открытие Пастера породило немало направлений, особенно в прикладных дисциплинах. Возникли стереохимия и стереобиохимия. Однако Вернадский, имея ввиду теоретический уровень естествознания, недаром говорил, что путь, открытый Пастером и Кюри, зарастает травою забвения. Исследования диссимметрии практически не связывались с проблемой жизни вообще и с проблемой пространства в частности, и не получали не получают выхода в смежные области.

Только в наше время проблема отличия живой материи от неживой по признаку симметрии стала постепенно вставать в полный рост. Исследования множатся. В конце 70-х годов была сформулирована проблема “хиральной чистоте биосферы”. (Морозов, 1984).

Здесь надо прояснить терминологию. То, что Пастер и Вернадский называют диссимметрией, перейдя в химическую физику, стало называться хиральностью от греческого слова “хирос”, то есть “рука”. Иногда употребляется и похожий термин “киральность”. Поскольку самым наглядным примером диссимметрии являются, как о том писал еще Кант, наши руки, которые, отражая друг друга в зеркале, тем не менее не могут быть совмещены никакими поворотами и смещениями, это свойство и назвали хиральностью. Далее, судя по смыслу биофизических работ, слово “биосфера”, в отличие от геологии и геохимии, естественно, имеет несколько иной смысл, более узкий. В геологии биосфера обозначает оболочку планеты, включающей косное вещество, гидросферу, части атмосферы и литосферы, а биофизики, не определяя ее специально, поднимают под ней живые организмы. Оно близко по смыслу тому, что в экологии иногда именуется витасферой, или соответствует употребляющемуся в последнее время очень удобному термину биота, который относится к любому уровню – от конкретного биоценоза до живой популяции всего земного шара. И наконец, термин “хиральная чистота” означает полную диссимметричность живых структур, то есть отсутствие объектов в живой материи, которые были бы инвариантны к операции зеркального отражения изомеров.

О хиральности биосферы существует большая литература. В нашей стране после исследований Г.Ф. Гаузе стало ясно, что не все структуры живых организмов проявляют диссимметрию, поэтому, по современной терминологии, хиральная чистота существует только в идеале. (Гаузе, 1940). В настоящее время с абсолютной достоверностью выяснилось, что ею обладают зато наиболее важные для жизнедеятельности клетки структуры. Они полностью, на сто процентов диссимметричны. Так, нуклеотиды и сахара – только правые, они обозначаются D- изомеры, в то время как аминокислоты полностью, на сто процентов левые, они обозначаются L- изомеры; а те и другие рядом – D и L - энантиомеры. Энантиомерами называются изомеры, проявляющие оптическую активность, следовательно, состоящие из асимметрических молекул только одной конфигурации. Другие, менее значимые структуры живой клетки могут быть не стопроцентно хиральны. Поэтому, когда говорят о “хиральной чистоте биосферы” имеют ввиду именно наиболее значимые для информационных и функциональных взаимодействий биополимеры. Вот как обозначается это свойство: “Однако с точки зрения хиральности эти биополимеры обладают одним примечательным свойством: нуклеотидные звенья РНК и ДНК имеют только D- конфигурацию (включая исключительно D- рибозу и D- дезоксирибозу, соответственно), а ферменты состоят только из L- энантиомеров аминокислот. Другими словами, первичные структуры ДНК, РНК и ферментов гомохиральны. Это свойство главных биологических макромолекул не имеет исключений”. (Аветисов и др., 1996, с.875). Значит, стопроцентная диссимметричность иначе теперь называют гомохиральностью.

Один из первых исследователей гомохиральности талантливый, рано умерший физик Л.Л. Морозов с самого начала задал то направление, которое в настоящее время при всех исследованиях хиральной чистоты биосферы остается не обсуждаемым, господствующим, подразумеваемым. Он удивился хиральной чистоте биосферы, ее полной загадочности и начал искать и обсуждать причины, по которой однажды рацемические синтезы превратились в диссимметрические. Обратимся снова к более современной и точной формулировке проблемы, как она видится химико-физикам: “Часто хиральная специфичность биоорганического мира воспринимается как феномен нарушения зеркальной симметрии, проявляющийся в существовании жизни, если можно так выразиться, определенного “знака хиральности” и полном отсутствии каких-либо следов “зеркально антиподной” жизни. Однако даже при таком восприятии сразу возникает вопрос, а где именно искать причину нарушения симметрии – в ходе химической, предбиологической или уже биологической эволюции?

Интуитивно эти этапы молекулярной эволюции представляются различными, но какими бы они ни были, они привели к возникновению уникального полимерного мира – гомохиральных макромолекул, обладающих удивительными структурными и функциональными свойствами. Поэтому действительно ключевой нам представляется несколько иная проблема – как возникли гомохиральные макромолекулы, сложность которых адекватна сложности информационных и функциональных носителей в биологии? Ответ на этот вопрос во многом, если не во всем, может определить подход к вопросу о причинах нарушения зеркальной симметрии биосферы в целом”. (Аветисов и др., 1996, с. 875).

Данная статья, как и множество других работ (см., напр., Аветисов и др., 1997) данного коллектива исходит из фундаментального аксиоматического представления о возникновении жизни на Земле и о последовательности трех этапов эволюции, каждый из которых имеет внутри себя собственную специфику: химическую, предбиологическую и биологическую. Очень характерно, что в списке литературы, на котором основывались цитированные выше авторы, буквально пестрят заголовки “the origins of life”, “the origins of order”, “химическая эволюция”, “самоорганизация” и т.п. понятия, определяющие предвзятую позицию авторов по поводу происхождения жизни. Она является для них исходной; для них возникновение порядка из хаоса, жизни из химии, существование восходящей биологической эволюции считаются как бы доказанными положениями, а между тем на самом деле их следует сначала доказать, потому что в естествознании нет ни одного факта, которые бы о них свидетельствовал, а за эмпирические факты принимаются теории, основанные на некоторых химических опытах в лабораториях, организуемых в свою очередь космологическими идеями или допущениями или вовсе уж не называемо – религиозными чувствами. Все пробы и поиски в направлении “самоорганизации” неживой материи в живую имеют пользу только для развития каких-либо побочных методов; в истории науки не счесть случаев, когда искали одно, а находили другое. Кеплер искал мировую гармонию сфер, а обнаружил законы планетных орбит.

По физическому мировоззрению диссимметрия является нарушением, какой-то неправильностью живого мира. С точки зрения физической химии, как и с точки зрения всей химии и физики вообще, в природе должны образовываться только рацемические молекулы. Так действительно происходит в неживой природе, потому что это согласуется прежде всего со вторым началом термодинамики, или с третьим законом Ньютона, или с законом больших чисел, или с принципом наименьшего действия, короче говоря, рацемичность прекрасно согласована со всеми фундаментальными закономерностями, которые являются чаще всего не обсуждаемым постулатами науки и открыты в ходе исследования движения инертных тел. На этом умственном фоне происхождение жизни само по себе представляется нарушением всех этих без исключения фундаментальных законов, и тем более таких тонких, которые ведут к равновесному синтезу. Естественно, создание гомохиральных молекул представляется как нарушение зеркальной симметрии.