Феликс Филатов - КЛЕЙМО СОЗДАТЕЛЯ. Гипотеза происхождения жизни на Земле.

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 , приведших к возникновению жизни (1. Хиральность — 2. Генетический Код — 3. Клетка), совпадала по времени с двумя Большими Скачками , MajorTransitions , как их назвали Мэньярд Смит и Эорс Шатмари [46]:

— возникновение генов (в рамках чего формировались машины полимеризации нуклеиновых кислот и машины копирования матриц) и

— возникновение белков (в рамках чего формировались машины полимеризации белков и самое нуклеино-белковое кодирование).

Эти процессы должны были иметь планетарный масштаб: жизнь вряд ли возникла в одной лужице (или у единственного глубоководного термального источника), распространяясь затем по всей Земле и преодолевая «враждебное окружение». Скорее всего, сходные события имели место во многих местах, после чего — при соприкосновении друг с другом — они в некоторых случаях конкурировали, в других кооперировались в общую систему. Более того, эти процессы можно уже связывать с жизнью, поскольку гомохиральныене-биологические вещества рацемизируются со временем. «Неживая» химия обсуждаемых процессов имеет тенденцию к равновесию (то есть к смерти, а не к жизни).

Предложены самые различные гипотезы естественного возникновения гомохиральности биологических макромолекул, основанные на некотором нарушении равновесия энантиомеров в рацемате, обусловленном, например, их круговым дихроизмом, то есть неравным поглощении фотонов света правыми и левыми энантиомерами с последующим отбором, — или бета-распадом, который управляется слабым ядерным взаимодействием, обладающем небольшой хиральностью, называемой несохранением четности, — или самоотбором, который наблюдал еще Пастер, — или сильным магнитным полем и т.п. Ни одна из них не убеждает оппонентов, ни одна из нихне являетсявполне удовлетворительной для объяснения обсуждаемого феномена, который продолжает выглядеть счастливой случайностью. Невольно отмечаешь, что возникновение «молекул жизни» (гомохиральных, разумеется) привязано в этих гипотезах к поверхности планеты (гипотеза Опарина) или к ее атмосфере (гипотеза, проверке которой был посвящен эксперимент Миллера-Юри). Между тем, быстрота, с какой на Земле возникла жизнь (практически сразу после образования планеты), наводит и на другие предположения.

Так называемые «плотные молекулярные облака» в космосе — это, по земным меркам, сверхглубокий вакуум. Тем не менее, втаких облаках есть имолекулы, иорганическиевещества, ивозможность химических реакций. Виталий Гольданский предположил, что первичный органический синтез происходил именно в молекулярных облаках. По гипотезе Сванте Аррениуса, органическое веществовыпало на Земле вготовом виде. Объединенная гипотеза Аррениуса-Гольданского, тем не менее, также не выглядит удовлетворительной: химический синтез в молекулярных облаках, скорость которого чрезвычайно низка, не компенсирует разрушения продукта в условиях космоса. В то же время частички таких облаков чрезвычайно малы, и это открывает возможность для молекулярных флуктуаций.