Ричард Докинз - Перерастая бога. Пособие для начинающих

Формируются кристаллы и иным путем: из растворенного вещества — чаще всего в воде, которая затем испаряется. Вы легко можете провести опыт с обычной столовой солью, хлоридом натрия. Вскипятите в воде полную чашку соли и оставьте получившийся раствор выпариваться в большой неглубокой тарелке. Через несколько дней вы увидите, как в воде образуются новые кристаллы соли. Они могут иметь кубическую форму, как у железного колчедана, или же образовывать из кубиков более сложные структуры, выглядящие наподобие четырехугольных пирамид (зиккуратов). Происходит это потому, что атомы натрия и хлора распознают друг друга и берутся за руки. Правильное название такого «сцепления рук» — химическая связь . (Строго говоря, в данном случае речь идет не об атомах, а об ионах — хлорид-ионах и ионах натрия, но сейчас для нас эта разница несущественна.) Итак, кристаллы растут следующим образом. Ионы натрия и хлора, плавающие в воде поблизости от уже имеющегося кристалла, случайно натыкаются на него. Они узнают ионы натрия и хлорид-ионы, расположенные на внешней поверхности кристалла, и связываются с ними, в результате чего кристалл увеличивается. Причина, почему грани кристаллов обыкновенной соли квадратные, состоит в том, что «руки», которыми ионы хватаются друг за друга, располагаются под прямым углом. Кристалл приобретает свою форму благодаря прямоугольному построению «солдат на параде». Не у всех кристаллов квадратные грани, и вы, вероятно, уже догадываетесь, по какой причине. Их «руки» торчат под другими углами, которые и определяют угол выстраивания «солдат». Вот почему, например, кристаллы флюорита имеют форму октаэдра — восьмигранника.

Кристалл может представлять собой цельный камень, имеющий изящную геометрическую форму куба или октаэдра. Но иногда мелкие кристаллы объединяются в более замысловатые структуры. По внутреннему строению каждого из «кирпичиков», составляющих такие «здания», можно судить о способе построения «солдат» на «плацу». Однако сами «здания» организованы сложнее. Возьмем, к примеру, снежинки. Вам, возможно, уже приходилось где-нибудь читать о том, что двух одинаковых снежинок не бывает. У образующих лед молекул воды число «рук», которыми они сцепляются друг с другом, — шесть, и потому естественная форма каждого крошечного кристалла льда шестиугольная. Но снежинка образована не одним таким кристалликом. Она — «строение», состоящее из множества миниатюрных шестисторонних «кирпичиков». Можно заметить, что шестиугольная схема лежит в основе конструкции не только самих этих «кирпичиков», но и здания как такового. Каждая снежинка обладает шестилучевой симметрией (на прилежащей иллюстрации представлено несколько образцов). Но все они различны, и некоторые очень красивы.

Стоит задаться вопросом, почему каждая снежинка уникальна. Дело в том, что у каждой своя особая история. В отличие от кристаллов соли, нарастающих снаружи из жидкого водного раствора, снежинки растут, падая сквозь облака водяного пара — присоединяя крошечные кристаллики льда также к наружной стороне своего «здания». Растут они двумя способами. Какой именно будет преобладать, зависит от «микроклимата» на каждом мельчайшем участке пути сквозь облако. Изменения этого микроклимата касаются как температуры, так и влажности. Проходя через облако, снежинка встречается с множеством различных сочетаний обоих параметров — с уникальной последовательностью ежесекундных колебаний влажности и температуры. Таким образом, «здание» строится по индивидуальному проекту, и каждая отдельная снежинка приобретает в конце концов свою неповторимую форму. Она — своеобразный отпечаток пальца подробной истории [42] Своими знаниями о снежинках я обязан превосходной книге Брайана Кокса «Силы природы» (Brian Cox. Forces of Nature. London, Collins, 2018). (Прим. автора.) .

Что же делает снежинки красивыми? Это, как и в случае с картинками в калейдоскопе, их симметрия. Все шесть сторон, все шесть углов, все шесть вершин или наборов вершин симметричны друг другу. А почему они симметричны? Потому что снежинка мала и все ее «строящиеся» части проходят через один и тот же «исторический опыт» изменений влажности и температуры. Кстати говоря, хотя все снежинки уникальны, некоторые из них менее красивы, чем другие. Но на картинках в книжках изображаются красивые.

Будь мы хуже осведомлены, мы могли бы подумать: «Смотри-ка, снежинки так прекрасны, и каждая — неповторима. Они должны были быть созданы гениальным творцом с неиссякаемой фантазией, способным выдумать все это множество миллионов различных моделей». Однако, как мы только что выяснили, если проводить аналогию с рассуждениями Пейли, снежинки и прочие красивые кристаллы похожи не на часы, а на камень. Наука дает нам полное и исчерпывающее объяснение красивой и сложной симметрии снежинок, отвечая в том числе и на вопрос, почему все они уникальны. Подобно камню у Пейли, они «просто появились». Процесс, когда молекулы — или вообще какие бы то ни было объекты — спонтанно складываются в столь специфические структуры, «возникающие просто так», называется самосборкой. Думаю, вы можете догадаться почему. Как мы вскоре увидим, самосборка играет важную роль в живых организмах. Настоящая глава посвящена самосборке в биологии.

Мой любимый пример живых самособирающихся объектов — это вирус, бактериофаг лямбда. Полюбуйтесь в интернете его строением. Все вирусы паразиты, а бактериофаги, как можно понять из их названия, паразитируют на бактериях. Вы, вероятно, согласитесь, что внешне он напоминает лунный модуль. Да и ведет себя похоже: приземляется на поверхность бактерии, твердо вставая на свои «ножки». Затем пробивает отверстие в клеточной стенке жертвы и впрыскивает ей свой генетический материал — свою ДНК — при помощи «хвоста» (который скорее следовало бы назвать шприцем), расположенного у него по центру. Имеющееся внутри бактерии машинное оборудование не способно отличить вирусную ДНК от своей собственной и вынуждено повиноваться содержащимся в ней инструкциям. А те велят производить множество новых вирусов, впоследствии вырывающихся наружу, чтобы приземлиться на поверхность других бактерий и тоже заразить их. Но нам с вами в данном случае интересно то, что «тело» вируса образуется путем самосборки, как кристалл. Или как некая совокупность кристаллов. Его головка действительно выглядит таким кристаллом, какой можно было бы повесить на шею (не будь он столь неимоверно мал). И она, и все прочие части вируса формируются точно тем же способом — самостоятельно, из молекул, дрейфующих внутри бактерии и занимающих свободные места на уже существующем растущем кристалле.