Александр Гордон - Диалоги (август 2003 г.)

Невольно возникает такой вопрос: когда, в какой момент и на уровне какой природы будут появляться эти особенности?

А.Г.Каков механизм принятия решения?

Л.Г.Механизм – это несколько более сложная вещь. Давайте пока зададим себе вопрос: когда? Эти признаки проявляются уже в таком сложном образовании как клетка – это уже сложная вещь. Мы прекрасно знаем, что клетка имеет некую оболочку, ядро, клеточную жидкость, все прочие вещи, и там очень сложные про-цессы. Только здесь это начинается или, может быть, это начинается раньше? Хо-тя это ещё не жизнь, но уже какие-то признаки, которые необходимы для сущест-вования этой жизни. Вот к этому мы сейчас с вами и подойдём. И попробуем пе-рекинуть мост к тому, что сейчас иногда называют «молекулярной информати-кой».

Давайте поставим себе вопрос – какими признаками, схожими с этими, обладает молекулярный мир? Следующий рисунок. Там показаны две молекулы, обе имеют одну и ту же формулу С6Н6. Здесь обычно сразу вспоминают бензол, но не очень строгая формальная теория предсказывает, что кроме привычного бензола, может быть ещё 217 структур, которые все имеют форму С6Н6. В своё время, когда этот результат был получен, он был даже вынесен на первую страницу международного журнала. На самом деле это множество получилось в данном случае из-за того, что правила, которые были сформулированы, были довольно общи и на самом деле 217 структур вряд ли существуют, но я думаю, что 30-40 существуют наверняка. Никто этого специально не изучал, но когда смотришь на формулы, то видно, что приблизительно будет такое количество.

И это в случае такой простенькой системы как С6Н6. Если вы возьмёте ка-кую-то сложную молекулу, скажем, 30-40 – 100 атомов, то, как я вначале сказал, это могут быть миллионы структур – разнообразие гигантское. То есть одно и то же сочетание атомов может находиться в колоссальном разнообразии форм. По-скольку такого рода перестройки происходят в замкнутом пространстве, можно сказать, что это одна и та же молекула, которая только принимает различные формы.

А.Г.А свойства у всех одинаковые?

Л.Г.Свойства, конечно, у всех разные, в этом весь и фокус. Свойства у всех разные, но химики говорят (и правильно, может быть, делают), что это разные молекулы. Потому что как обычно определяется, что такое молекула? Это есть мельчайшая частица вещества, которая обладает вполне определёнными химическими свойствами. В этом смысле бензол и вторая структура, которая призман называется, – они разные, они с трудом переходят одна в другую, ведут себя сплошь и рядом как отдельные молекулы, но это не значит, что они совсем независимы. В том-то и дело, что существует вполне определённая возможность перехода одной структуры в другую. Для этого нужно какое-то внешнее воздействие – это вопрос другого рода, но такая возможность существует. И возникает невольно такой вопрос – а зачем это гигантское разнообразие? Если учесть такую возможность, то перед глазами возникает совершенно бесконечный мир.

Сейчас в литературе описано приблизительно 20 миллионов молекул, но никто не знает, сколько их на самом деле. И это неизомерные структуры. Если каждой из этих молекул приписать ещё сотню-другую изомеров, то у вас вообще возникает нечто совершенно гигантское. И невольно возникает такой вопрос: а зачем? Я буду пользоваться таким выражением: зачем Господь Бог это создал? Я не утверждаю, что именно он, это уже вопрос веры, но я говорю: зачем? Зачем в природе предусматривается такое гигантское разнообразие?

И один из возможных ответов как раз заключается в том, что благодаря этой возможности структурной изомеризации внутри молекулы может передаваться некоторый сигнал. Хорошо известно, что когда молекула крупная, то какие-то реакции совершаются в так называемых реакционных центрах (это то, что носит название близкодействия). То есть получается, что только какая-то часть молекулы принимает участие в реакции. Вся молекула при этом не принимает непосредственного участия в этой реакции. Маленькая молекула вся сразу начнёт играть, а крупная молекула в какой-то части сыграет, а остальная часть остаётся более или менее неизменной.

Возникает вопрос такого рода – а что дальше? То есть может ли случиться так, что полученный в каком-то одном месте сигнал… А сигнал всегда будет, всегда будет либо поглощение света (то, что носит название хромофорной группи-ровки), либо реакция присоединения, когда какая-то энергия обязательно будет передана в систему – дальше она может быть израсходована на тепло, на столкно-вение, произойдёт простое присоединение, и на этом всё закончится. Но всё может быть и не так.

Мы сейчас немножко об этом и поговорим. Что может быть в молекуле? Рассматривается такой простой пример, как приём и запись оптической информа-ции. Это тоже одно из очень важных свойств молекул. Это в школе сейчас прохо-дят, наверное, все знают, что квантовая система имеет уровни энергии, и, когда происходит облучение этой квантовой системы электромагнитным излучением, энергия поглощается, и вы можете перейти с нижнего уровня на верхний. На ри-сунке это изображено красной линией. А дальше процесс идёт вниз, потому что молекула не может долго находится в возбуждённом состоянии.

Но этот процесс может пойти по двум путям. Первый: мы сразу возвраща-емся в самое нижнее состояние, и тогда это достаточно бесполезная вещь, то есть поглотили, излучили, и ничего не произошло.

А может быть другой путь. Вы попадаете на уровень энергии, который яв-ляется резонирующим с уровнем энергии другого изомера, и тогда у вас происхо-дит переход в другой изомер, то, что часто называют безизлучательным перехо-дом, и после этого происходит высвечивание. У нас появился второй изомер. По-явление этого второго изомера возможно только тогда, когда произошло первич-ное поглощение, иначе он не появится. Значит, происходит следующее – вы как бы записали информацию, у вас остался след от действия исходного сигнала. Это тоже очень важное свойство молекулярных систем – они могут записать инфор-мацию.

Причём эта информация может храниться очень долго, и это, в конечном счёте, может привести к тому, что возникает своеобразная память молекул о некотором внешнем воздействии. Это крайне важная вещь. Я потом немножко об этом скажу – для живого организма, особенно более-менее сложного, характерно наличие памяти, характерно наличие обучения, и результат этого обучения может храниться очень долго. Например, если мы видели какого-то человека, мы запоминаем его образ, и он может годами у нас храниться. При этом нужно, чтобы это сохранение происходило без особенного напряжения, то есть без специальной энергетической подпитки. Здесь так и произойдёт – происходит переход в другой изомер, и он существует очень долго, он запомнил эту информацию и потом результат этого воспоминания существует очень долго. Никакого последующего действия не нужно – вы можете обнаружить, что такой эффект произошёл.