Борис Кузнецов - Философия оптимзма

Остановимся на том изложении представлений о макромолекуле как носителе генетического кода, которое было сделано Шредингером в середине 40-х годов [53] Э. Шредингер. Что такое жизнь с точки зрения физики. M., 1947. .

Шредингер сближает молекулу с элементом твердого тела — кристаллом. Молекулы в кристалле и атомы в молекуле связаны силами одной и той же природы. Шредингер подчеркивает квантовый характер этих связей — их нельзя представить, исходя из непрерывности энергии и из непрерывного перехода от одной конфигурации частиц к другой конфигурации, обладающей энергией, сколь угодно отличающейся от первоначальной. Далее Шредингер говорит о построении кристалла из молекул. Молекулярная структура может повторяться при все большем участии частиц, вырастая в трех направлениях. Хромосомное волокно (образование, в котором запечатлена информация о наследуемых признаках) представляет собой результат другого пути. Молекула может переходить в апериодическое твердое тело, в апериодический кристалл.

«Другой путь, — пишет Шредингер, — это построение все более и более увеличивающегося агрегата без скучного механизма повторения. Это случай все более и более сложной органической молекулы, в которой каждый атом, каждая группа атомов играет индивидуальную роль, не вполне равнозначную роли других атомов и групп. Мы можем совершенно точно назвать это образование апериодическим кристаллом или твердым телом и выразить нашу гипотезу словами: «…целое хромосомное волокно представляет собой апериодическое твердое тело» [54] Э. Шредингер. Что такое жизнь с точки зрения физики, стр. 88. .

Далее Шредингер разъясняет, почему очень небольшая частица может вместить в себя зашифрованную информацию, определяющую развитие организма. Причина состоит в большом числе комбинаций при сравнительно небольшом числе атомов в молекуле. Поэтому именно молекула (апериодический кристалл, где возможны самые различные группировки одних и тех же атомов) может определить однозначным образом вариант развития организма из колоссального числа возможных вариантов. «Хорошо упорядоченное объединение атомов, наделенное достаточной устойчивостью для длительного сохранения своей упорядоченности, представляется единственно мыслимой материальной структурой, в которой разнообразие возможных («изомерных») комбинаций достаточно велико, чтобы заключить в себе сложную систему детерминаций в пределах минимального пространства» [55] Там же, стр. 89. .

Шредингер приводит пример азбуки Морзе. Точки и тире, всего два знака в группах из двух, трех и четырех знаков дают 30 сочетаний, 30 букв. Но три различных знака в группах по десять дали бы 30 тыс. комбинаций, а число сочетаний пяти разных знаков в группах по 20 достигло бы 372 529 029 846 191405.

Шредингер энергично подчеркивает отличие молекулы, в которой запечатлен код наследственности, от статистического ансамбля физики. Хромосомные молекулы «представляют наивысшую степень упорядоченности среди известных нам ассоциаций атомов (более высокую, чем у обычных периодических кристаллов) в силу той индивидуальной роли каждого атома и каждого радикала, которую они здесь играют» [56] Там же, стр. 109. .

Это очень далеко от статистической физики, где «индивидуальная роль каждого атома » пренебрежима и упорядоченность может быть реализована, когда в игру вступает колоссальное число индивидов. Следует заметить (об этом речь будет идти в последних главах этой книги), что «индивидуальная роль каждого атома» исключается не только статистической физикой. Роль каждого индивида отрицается любой классически статистической концепцией, и, чтобы обобщить характеристику, данную Шредингером, достаточно поставить слово атом в кавычки.

Однако Шредингер не считает принцип «индивидуальной роли атома» нефизическим. «Новый принцип — это подлинно физический принцип; на мой взгляд, он не что иное, как опять-таки принцип квантовой теории» [57] Там же, стр. 113. .

Приведенные соображения исходят из очень общих постулатов, но принципиально допускают возможность экспериментальной проверки. Такая возможность реализовалась в 50—60-е годы с помощью электронного микроскопа и меченых атомов. Об электронном микроскопе уже говорилось, по поводу меченых атомов следует напомнить, что ядерные реакции (в том числе деление ядер) приводят к появлению радиоактивных ядер. По излучениям таких меченых атомов их легко обнаружить и идентифицировать с теми атомами, которые были помещены в те или иные ткани организма. Меченые атомы позволяют проследить миграцию различных веществ в организме и на основе таких наблюдений определить физиологические и патологические процессы вплоть до микропроцессов в клетках.

В 40-е и еще более в 50—60-е годы ответ на вопрос, что такое жизнь, приобрел весьма конкретный вид в том смысле, что указываются пе только функции, но и те структуры, для которых они характерны. О таких структурах уже шла речь. Теперь мы остановимся на них несколько систематичнее, если это слово сколько-нибудь подходит для весьма беглых и отрывочных справок.

Живое вещество состоит из клеток — комочков протоплазмы, окруженных мембранной оболочкой, с ядром и некоторыми другими вкраплениями. Это довольно сложная структура, которая обменивается энергией и веществом с окружающей средой, делится на части — дочерние клетки такой же структуры, дифференцируется (из зародышевой клетки образуются разнообразные клетки многоклеточного организма), перемещается, меняет свою структуру и поведение при изменении внешней среды. В ней синтезируются молекулы белка. Состоит клетка главным образом из макромолекул белка и нуклеиновых кислот. Таких молекул в ней несколько десятков миллионов. Электронный микроскоп позволил довольно детально изучить структуру клеток и даже увидеть некоторые наиболее крупные молекулы.

Как уже было сказано, генетическая загадка — повторение структуры и поведения организма — может быть разрешена и уже отчасти разрешена при изучении клеточных ядер. Их структура — существование в ядре надмолекулярных образований, структура этих образований и структура самих молекул, входящих в эти образования, — исходный пункт современной теории наследственности. Ядро содержит постоянное для каждого вида число уже упоминавшихся хромосом, состоящих главным образом из нуклеиновой кислоты, которая называется дезоксирибонуклеиновой. Ее сокращенное название — ДНК — стало сейчас не менее известно широким кругам, чем названия и символы наиболее часто упоминаемых элементов периодической системы или элементарных частиц, что соответствует фундаментальному значению ДНК и состоящих из нее хромосом для управления работой клетки и для передачи наследственных признаков организмов.