Александр Гордон - Диалоги (май 2003 г.)
В.А. Да. Хорошо. Так что же получается? Всё, опять проблема решена? Теперь мы выстраиваем таким образом достаточно длинные цепочки, они складываются в такие специальные структуры, РНК или ДНК (остановимся, например, на концепции эволюции РНК-мира) – и всё. Дальше мы попадаем в область эволюции совершенно других структур и других правил. Мы проскочили барьер от неживой химии к живой.
Но нет. И тут возникает проблема. А какая проблема? А проблема возникает вот какая. Эшенмоузер собрал примерно 18 звеньев и сказал, что «я могу собирать так сколь угодно много». На самом деле нет. Оказалось, по теоретическим оценкам, что критической является длина порядка 30 единиц.
А.Г. Что недостаточно.
В.А. Явно недостаточно. Из этих 30 единиц мы никакие специфические – в функциональном смысле – структуры не создадим. А почему критическим оказывается длина порядка 30 единиц? По одной простой причине. По той причине, которая называется «катастрофой ошибок». И вот эта катастрофа ошибок связана со сложностью структур. Мы уже как-то говорили и о парадоксе Левинталя, и о катастрофе ошибок. А всё дело тут вот в чём.
Ведь что такое построить гомохиральную цепочку? Это построить определённую последовательность, например, только из левых молекул. Из очень большого числа всевозможных последовательностей левых и правых молекул, которые можно представить. Оказывается, когда это число становится слишком большим, у вас есть два варианта. Вы должны либо очень точно собирать, либо отказаться от сборки.
Чтобы точно собирать, нужно иметь очень специальные процессы, которые могут обеспечить только такие специфические структуры, как белки, то есть такие процессы, какие мы наблюдаем в биологии. Но если у вас их нет, то тогда у вас только один способ: вы должны держать настолько чистой среду, чтобы в этой среде у вас были только, скажем, левые изомеры, из которых вы строите. А правых было бы исчезающе мало, настолько мало, чтобы вероятность появления неправильного звена была бы очень маленькой. То есть вы специфичность функций заменяете специфичным состоянием среды.
А.Г. От чего – не легче.
В.А. От чего, конечно, не легче, но, может быть, всё-таки можно сделать это в химии? Посмотрим на все процессы спонтанного нарушения симметрии на уровне химии, то есть зададимся таким вопросом: а можем ли мы такую среду создать на уровне химической эволюции или на каких-то чуть более поздних стадиях эволюции? И выясняется, что нет. Даже механизм спонтанного нарушения симметрии (который приводит к асимметрическому состоянию) требует столь специфичного распознавания левых и правых молекул для создания очень сильной асимметрии, которое возможно только на биологическом уровне.
И вот тут появляется замкнутый круг. С одной стороны, получается, что требование, чтобы у нас возникло нарушение зеркальной симметрии на стадии предбиологии, не помогает нам перейти к строительству сложных структур – мы не можем построить гомохиральные структуры, потому что мы не можем создать такую чистую среду, в которой такие сложные структуры могли бы строиться.
С другой стороны, если, тем не менее, мы найдём какой-то способ, как пройти катастрофу ошибок, как перейти этот барьер, то тогда, как показывают теоретические оценки, нам не важно, в какой среде мы стартуем: в симметричной или в асимметричной. В этом смысле сценарий асимметричной среды для возникновения гомохиральных полимеров вовсе и не нужен. Основная проблема в вопросе возникновения гомохиральных последовательностей, это проблема катастрофы ошибок. И она вообще является проблемой, общей для всей эволюционной концепции, – как пройти катастрофу ошибок.
Но тут, конечно, ещё есть вопрос о том, каков выбор знака. Мы же знаем всё-таки, что мы состоим из левых аминокислот и правых сахаров. Но мы не знаем, как это получилось. Потому что, чтобы ответить на этот вопрос, нам надо построить теорию предбиологической эволюции. Мы не можем построить эту теорию, потому что мы пока не знаем, как решить проблему катастрофы ошибок.
Р.К. Владик, извините, всё-таки жизнь-то произошла.
В.А. Ну, это да.
Р.К. Мы ещё не оговорили массу возможных усилительных элементов – и в повышении хиральной чистоты, и возможности появления простых асимметрических катализаторов, которые бы повышали оптическую чистоту среды в узком регионе. Но давайте всё-таки немножко пофантазируем.
Человеческая фантазия, которая проникла, казалось бы, повсюду, остановилась вдруг перед дверью хиральности. Я долго искал в искусстве, в живописи, в скульптуре какие-то элементы хиральности. И нашёл только два примера. Это картина Тишбайна в галерее во Франкфурте-на-Майне, где Гёте нарисован в двух левых ботинках, картина второй половины XVIII века. И 3260 лет назад построенная в Долине Цариц гробница царственной жены Рамсеса II Нифертари, у которой, как вы видите, две левые руки.
В.А. Обратите внимание: у одной – левая и правая рука, а у другой – только левые.
Р.К. У богини Изиды левая и правая руки, а у Нифертари – только левые. Что это, что это такое? Давай всё-таки пофантазируем. Что могло определить…
В.А. Есть захватывающая история, которая развивалась, по крайней мере, в последние 50 лет в науке в связи с выбором и не случайностью выбора именно левых аминокислот и правых сахаров. Я могу вкратце рассказать об этой истории. Вкратце.
А.Г. А я сейчас подумал, что, вообще, любой орнамент – это гомохиральное соединение.
В.А. То есть повторять и повторять, это как кристалл.
А.Г. Да, да, да. Мало того, часто используется приём как раз разделения гомохиральности – на левую и на правую.
В.А. У Эшера этот приём используется очень активно.
А.Г. Да в любом орнаменте, по сути.
В.А. И в любом орнаменте тоже.
А.Г. Интересно. Да, продолжайте, извините.
Р.К. Ещё мы должны призвать молодых, в возрасте Пастера, заняться этими захватывающими вопросами, которых очень много, чтобы всё-таки решить проблему возникновения жизни.
В.А. Конечно, проблема возникновения жизни является фундаментальной проблемой. И мне представляется, что она является фундаментальной не столько потому, что есть вызов образованной части человечества, а потому что она постоянно генерирует такие вопросы, которые очень часто приводят науку в замешательство. Именно науку. И наука ищет ответы, внимательно и пристально изучая тот базис, на котором она стоит. Вот это чрезвычайно важно и чрезвычайно интересно.
Р.К. И полезно. Способ разделения, спонтанного разделения – это способ получения хиральных лекарств. Это важно, вся мировая фармация перешла на хирально чистые лекарства. Это было инициировано именно той трагедией, с которой я начал.
А.Г. Так какова история?
В.А. История такова. В 56-м, по-моему, году Миллер и Юри показывают, что органические соединения могут синтезироваться естественным образом. Вообще, с биологией связано очень много мифов. Обратите внимание, 56-й год, это всего 50 лет назад. Доказывалось, что органические соединения могут быть синтезированы естественным образом, что они не являются исключительно продуктами жизнедеятельности. Доказали. Как теперь с асимметрией быть? Происходит открытие: несохранение чётности в бета-распаде. Слабое взаимодействие. Слабое взаимодействие является одним из четырех фундаментальных взаимодействий. Это 4 слона, на котором покоится наша Вселенная.
Р.К. Но это слишком слабо.
В.А. Тем не менее. Из всех четырех взаимодействий только слабое взаимодействие…
Р.К. 10 в минус 17-й степени!
В.А. Тем не менее.
Р.К. Ну что это такое?!
В.А. Тем не менее, только слабое взаимодействие обладает нарушенной зеркальной симметрией. Ну, невозможно, чтобы не появилась гипотеза, которая бы попыталась связать нарушенную зеркальную симметрию слабого взаимодействия с асимметрией живой природы. Катастрофа – там очень слабое взаимодействие. Немедленно встал вопрос: может ли слабое взаимодействие проявить себя на химическом уровне? Оценки показали, что для того чтобы слабое взаимодействие проявило себя на химическом уровне, нужно усилить, условно говоря, величину 10 в минус 17-й степени (это единица, делённая на единицу с 17-ти нулями) нужно увеличить до единицы. Как это сделать?
Р.К. И как измерить?
В.А. Как измерить? Кстати, первые оценки были сделаны Летоховым. Потом оценки сделал Зельдович. Даже Зельдович занимался проблемой возникновения зеркальной асимметрии.
Р.К. Кстати, ещё Пастер ведь писал о «диссимметризующих силах», прямо имея в виду Вселенную.
В.А. Имея в виду, что есть космические силы, которые, так сказать, диссимметризуют живую природу.
