Глава 211. Абиогенная (химическая) эволюция (VIII)
Гипотезы о происхождении жизни на Земле исходят в основном из двух предположений. Это либо гипотеза панспермии (что многих не устраивает, поскольку, как они полагают, лишь отодвигает событие в прошлое и не решает задачу), либо кажущееся гораздо более вероятным предположение о том, что на Земле земная жизнь и возникла. Варианта первой гипотезы мы коснемся позже (ему эта книга и посвящена), что до вероятного предположения, то его сторонники справедливо полагают, что его подтверждением может быть только эксперимент. Именно так считал и Виталий Гинзбург. «В настоящее время мы полагаем, — говорил он, — что знаем, из чего устроено все живое — из электронов, атомов и молекул[45]. Знаем строение атомов и молекул, а также управляющие ими и излучением законы. Поэтому естественна гипотеза о редукции — возможности все живое объяснить на основе физики, уже известной физики. Образование в условиях, царивших на Земле несколько миллиардов лет назад, сложных органических молекул уже прослежено, понято и смоделировано. Казалось бы, переход от таких молекул и их комплексов к простейшим организмам, к их воспроизводству можно себе представить. Но здесь имеется какой-то скачок, фазовый переход. Проблема не решена, и я склонен думать, будет безоговорочно решена только после создания „жизни в пробирке“». Две выделенные здесь фразы требуют комментария. Сложные органические молекулы, о которых говорится в первой из них, свидетельствуют, конечно, о прогрессе в обсуждаемой области, однако, это еще слишком простая сложность (прошу прощения за невольный каламбур), и ее для обозначенных целей совершенно недостаточно. Уровень сложности, необходимый для моделирования возникновения жизни, определяется не только сложностью самих молекул (то есть числом и разнообразием атомов, их составляющих). Эти молекулы должны объединяться в реакционные циклы и гиперциклы и катализировать их звенья. При этом они должны быть способны формировать цепочки (линейные полимеры), которые — в свою очередь — должны быть способны сохранять информацию и дублировать ее — с ошибками, частота которых не должна превышать значения, позволяющего лишь немного модифицировать исходный контент для отбора оптимального варианта. Ничего похожего в пробирке пока не создано. Совсем недавно удалось химическим путем «собрать» рибонуклеотид, один из четырех основных «кирпичиков», из которых «сделана» РНК. Очень долгое время и эту задачу решить не удавалось. Гинзбург определенно оценивал ситуацию более оптимистично, чем она есть. Второй комментарий касается создания «жизни в пробирке». Мы уже говорили, что в привычном смысле эксперимент по созданию жизни в пробирке, скорее всего, бесперспективен. Для этого требуются другие пространственные масштабы — как минимум, масштаб планеты или, скорее, планетной системы. Временные масштабы также придется увеличить: очень возможно, что для такого эксперимента потребуются те же 3-4 миллиарда лет. О том, что надо будет сделать экспериментатору, чтобы оценить результат своей работы, мы вспомним позже, а пока отметим, что чудовищные расстояния, отделяющие нас от планетных систем, где возможна иная жизнь, вполне могут служить эквивалентом стеклянной стенки пробирки, отделяющей мир экспериментатора от нашего собственного и надежно предупреждающей возможную взаимную контаминацию живым материалом.
Исследователи по- прежнему пытаются проследить, могли ли в первичной атмосфере молодой Земли возникнуть молекулярные компоненты жизни, повторяя классический эксперимент Гарольда Юри и Стэнли Миллера по поискам «сложных органических молекул» в сосуде, где воспроизводится эта атмосфера и внешние воздействия на нее, включая электрические разряды. И ее газовый состав, и другие компоненты среды постоянно модифицируют — в зависимости от последних о них представлений, а для поисков «сложных органических молекул» используют все более изощренные методы и приборы, с помощью которых в продуктах даже исходного эксперимента удается обнаружить такие продукты (аминокислоты), которых не могли найти его авторы.
Конечно, такой подход не может иметь целью создание «жизни в пробирке». До того, как в таком сосуде могут возникнуть хиральная чистота биомолекул, генетический код и первые клетки, пройдет не меньше времени, нежели требуется для случайного воспроизведения одной страницы Войны и мира из рассыпанного набора.
Виталий Гинзбург прав, как нам кажется, совершенно в другом. Его слова фактически означают, что как только возникнет возможность «полевой» проверки результатов «стендовых» экспериментов по воспроизведению отдельных этапов абиогенной молекулярной эволюции, которая в принципе могла привести к возникновению жизни, такая проверка будет осуществлена неизбежно. Так устроен разум. А пока — несмотря на «привилегированное положение» нашей планеты в пространстве и во времени, описанное в предыдущей главе, мы совершенно не представляем себе, как это — или какие еще условия — определили, скажем,хиральную чистоту биологических молекул и почему выбор пал на левовращающие аминокислоты и правовращающие сахара. Что такое хиральность, можно прочесть повсюду. Суть ее выражает зеркальная симметрия рук человека. Обе руки повторяют друг друга в деталях, но на правую руку не наденешь левую перчатку — и наоборот. Так же устроены и некоторые молекулы — например, молекулы тех же аминокислот и сахаров.
Продукты чисто химического синтеза тех и других всегда представляют собой рацематы, то есть смеси равных количеств лево- и правовращающих молекул, энантиомеров (оптически активных изомеров, вращающих плоскость поляризации влево или вправо). Продукты же их биологического синтеза гомохиральны — иначе структуры их полимеров будут произвольно нарушены, что приведет к безусловной утрате необходимых функций. Больше того, поскольку продукты реакции право- и левовращающихэнантиомеров исключительно с правовращающим веществом не являются зеркальным отражением друг друга, они имеют разные физические свойства, например, растворимость в воде, и значит, они могут быть отделены друг от друга. Другими словами, оптически неактивные реактивы производят оптически неактивные продукты — вследствие работы законов термодинамики. Для разрешения рацемата (то есть для разделения энантиомеров) в реакцию должно быть введено другое гомохиральное вещество.
Происхождение гомохиральностинеясно. Вероятность самостоятельного образования одного гомохирального полимера ничтожна; еще — и гораздо — ниже вероятность образования гомохирального полимера с определенной функциональной активностью. В принципе это означает, что процессы полимеризации, матричного копирования полимеров и формирования гомохиральности происходили одновременно и взаимосвязано, для чего потребовались весьма специфические — и в полном объеме пока неизвестные — условия, часть которых (в терминах мегамасштабных «естественных привилегий») описана выше. Таким образом, первые две из трех Великих Молекулярных Революций,
