4997. Левое и правое: главная загадка жизни
1. Что такое жизнь?
Как ни удивительно, наука до сих пор не знает ответа на этот вопрос. Широко известное мнение В.И. Вернадского о существовании коренного отличия живого вещества от так называемой косной материи, об отсутствии плавных переходов между ними (на этом, кстати, и виталисты упорно настаивали в свое время) научно не подтверждается. Мы неизменно сталкиваемся с невозможностью однозначно провести разделительную черту и не знаем когда, с какого момента сказать: «жизнь», «живое» (не имеем такого признака, который сам по себе позволил бы сделать это резко, твердо и безоговорочно).
Вот, к примеру, кристаллический панцирь Земли - олицетворение (глазами биолога) косности, инертности и неподвижности. Разве не достойны удивления рост минерального кристалла за счет элементов среды, его способность к регенерации? Это не простое увеличение числа связанных атомов, а процесс, с необходимостью включающий в себя условие постоянной репродукции заданного типа структуры, по существу - процесс самоорганизации. Информация о будущем кристалла закодирована в структуре его исходных компонентов. С виду холодные и бесчувственные, кристаллы рождаются, живут и умирают, ведут борьбу за существование, осваивают пространство. Вытесняют и пожирают друг друга. Устают и отдыхают, издавая при этом звуки. Им свойственны процессы размножения, питания (поглощения), созидания и разрушения, а также обмен веществ, чувствительность и раздражительность, столь характерные для живых организмов. И все это означает, что в функционировании кристалла воплощен прообраз механизма информационного управления.
Мы способны, конечно, вследствие своего практического опыта отличить живой объект от неживого. Мы вроде бы знаем, о чем идет речь, когда говорят «жизнь», «живое», но не в состоянии дать этому понятию необходимого и достаточного научного определения по всей его полноте и строгости, которое не встретило бы аргументированных возражений. А это значит, что в естествознании до сих пор не определен предмет огромной науки - биологии.
Жизнь отличается от неживой природы главным образом соотношением между веществом, энергией и организацией, а также мерой упорядоченности, сложности, увеличением веса и функциональной значимости информации в общей сумме материи. Пытаясь проникнуть в сущность феномена жизни, мы вынуждены ограничить сферу своего знания лишь доступными нашему наблюдению явлениями жизни. Мы в состоянии говорить лишь о том, в чем проявляется более высокое качество живого, чем оно превосходит в тех или иных отношениях состояние вещества, присущее неживой природе.
И все-таки, разграничительный признак между живой и неживой природой есть! Один единственный, но зато какой!
2. Особая мета (и главная загадка) жизни
Тут самое время вспомнить, что важнейшие строительные элементы белково-нуклеиновой системы - аминокислоты и сахара нормально существуют в природе (вне жизни) в виде двух пространственных антиподов (иначе говоря, изомеров) - L и D (от лат. laevus - левый и dexter - правый). Подобно правой и левой перчаткам, они зеркально отображают друг друга и, следовательно, ни при каком перемещении в пространстве не могут совпадать друг с другом.
Каждый в отдельности взятый изомер обладает так называемой оптической активностью. Его раствор способен отклонять плоскость проходящего поляризованного света на определенный угол: в одном случае вправо (правовращающий изомер), в другом - влево (левовращающий изомер). Однако в принципе изомеры в чистом виде, как «левые», так и «правые», термодинамически гораздо менее устойчивы, чем их равновеликая (эквимолярная) смесь. По этой причине каждый из них имеет склонность к самопроизвольному превращению наполовину в свою стереохимическую противоположность. И, стало быть, составленная любым из них молекулярная совокупность с течением времени самопроизвольно переходит в энергетически более выгодную форму - равновесный рацемат. Понятное дело, рацемат не обладает оптической активностью, поскольку в нем возможности отклонения плоскости поляризации влево и вправо взаимно компенсированы.
В процессе искусственного химического синтеза (как аминокислот, так и сахаров) всегда получается рацемат. Разделить рацемат на отдельные фракции или же заведомо получить таковые в чистом виде довольно трудно. Эти абсолютно выверенные экспериментально факты определенно указывают на то, что на ранней Земле (в предбиологический период) безраздельно господствовали органические рацематы и, стало быть, жизнь исторически возникала на симметричном рацемическом фоне.
Но эта симметрия была каким-то чудесным образом нарушена, причем раз и навсегда. Биосфера решительно отвергла рацематы. Жизнь пошла наперекор сложившемуся в неживой природе статус-кво и действующему в ней порядку. Жизнь не потерпела равноправия левых и правых стереоизомеров. Жизнь стала распознавать, принимать и воспроизводить в своем непрерывном метаболизме (как это мы хорошо знаем теперь) только D-сахара и только L-аминокислоты. Единственной аминокислотой, не обладающей оптической активностью вообще, является глицин, поскольку в его молекуле нет асимметрического атома углерода.
Ни один из фундаментальных законов физики не запрещает симметрию оптических изомеров. Но нет жизни без оптической асимметрии, как и нет в природе асимметричного состояния органического вещества в каких-либо ощутимых масштабах без жизни. Особая мета стоит на всем живом. Избирательное отношение к оптическим антиподам - проводит резкую грань между живой и неживой природой. И на то должна быть веская, продиктованная крайней биологической необходимостью причина.
Иначе говоря, наряду с вопросом «как это могло случиться, почему?» (на котором традиционно, со времен Л. Пастера, было сосредоточено внимание научной мысли), мы обязаны поставить теперь вопрос «для чего?».
Однако стереохимический феномен жизни с самого начала был расценен в ученом мире главным образом как некая данность, некая причуда природы, не имеющая особого биологического смысла.
В самом деле, правые и левые антиподы, образующие рацемат, носят одно и то же химическое название, они построены из одних и тех же атомов, с одной и той же последовательностью. Имеют одинаковые химические свойства, одинаковые физические константы (температура плавления и кипения, плотность, растворимость, показатель преломления и др.). Возможно, это обстоятельство и направило научную мысль по сомнительному пути. Сложилось представление о произвольном и совершенно случайном предпочтении D-изомеров сахаров и L-аминокислот, которое возникло на самых ранних этапах предбиологической эволюции. «Пока нет убедительных доказательств того, что молекулы, подобные белкам, не могли бы быть построены из равного числа правых и левых молекул аминокислот», - писал в своё время большой знаток химии Л. Полинг. И далее он же: «На Земле могли бы жить организмы, построенные из D-аминокислот, так же как и организмы, построенные из L-аминокислот».
Но так ли это?
Продолжение следует.