И вот тут появляется замкнутый круг. С одной стороны, получается, что треб
ование, чтобы у нас возникло нарушение зеркальной симметрии на стадии пр
едбиологии, не помогает нам перейти к строительству сложных структур Ц
мы не можем построить гомохиральные структуры, потому что мы не можем со
здать такую чистую среду, в которой такие сложные структуры могли бы стр
оиться.
С другой стороны, если, тем не менее, мы найдём какой-то способ, как пройти к
атастрофу ошибок, как перейти этот барьер, то тогда, как показывают теоре
тические оценки, нам не важно, в какой среде мы стартуем: в симметричной ил
и в асимметричной. В этом смысле сценарий асимметричной среды для возник
новения гомохиральных полимеров вовсе и не нужен. Основная проблема в во
просе возникновения гомохиральных последовательностей, это проблема к
атастрофы ошибок. И она вообще является проблемой, общей для всей эволюц
ионной концепции, Ц как пройти катастрофу ошибок.
Но тут, конечно, ещё есть вопрос о том, каков выбор знака. Мы же знаем всё-та
ки, что мы состоим из левых аминокислот и правых сахаров. Но мы не знаем, ка
к это получилось. Потому что, чтобы ответить на этот вопрос, нам надо постр
оить теорию предбиологической эволюции. Мы не можем построить эту теори
ю, 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 элемент
ов Ц и в повышении хиральной чистоты, и возможности появления простых а
симметрических катализаторов, которые бы повышали оптическую чистоту
среды в узком регионе. Но давайте всё-таки немножко пофантазируем.
Человеческая фантазия, которая проникла, казалось бы, повсюду, остановил
ась вдруг перед дверью хиральности. Я долго искал в искусстве, в живописи,
в скульптуре какие-то элементы хиральности. И нашёл только два примера. Э
то картина Тишбайна в галерее во Франкфурте-на-Майне, где Гёте нарисован
в двух левых ботинках, картина второй половины XVIII века. И 3260 лет назад постр
оенная в Долине Цариц гробница царственной жены Рамсеса II Нифертари, у ко
торой, как вы видите, две левые руки.
В.А. Обратите внимание: у одной Ц левая и правая рука, а у другой
Ц только левые.
Р.К. У богини Изиды левая и правая руки, а у Нифертари Ц только л
евые. Что это, что это такое? Давай всё-таки пофантазируем. Что могло опред
елить…
В.А. Есть захватывающая история, которая развивалась, по крайн
ей мере, в последние 50 лет в науке в связи с выбором и не случайностью выбор
а именно левых аминокислот и правых сахаров. Я могу вкратце рассказать о
б этой истории. Вкратце.
А.Г. А я сейчас подумал, что, вообще, любой орнамент Ц это гомохи
ральное соединение.
В.А. То есть повторять и повторять, это как кристалл.
А.Г. Да, да, да. Мало того, часто используется приём как раз разде
ления гомохиральности Ц 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, занять
ся этими захватывающими вопросами, которых очень много, чтобы всё-таки р
ешить проблему возникновения жизни.
В.А. Конечно, проблема возникновения жизни является фундамен
тальной проблемой. И мне представляется, что она является фундаментальн
ой не столько потому, что есть вызов образованной части человечества, а п
отому что она постоянно генерирует такие вопросы, которые очень часто пр
иводят науку в замешательство. Именно науку. И наука ищет ответы, внимате
льно и пристально изучая тот базис, на котором она стоит. Вот это чрезвыча
йно важно и чрезвычайно интересно.
Р.К. И полезно. Способ разделения, спонтанного разделения Ц эт
о способ получения хиральных лекарств. Это важно, вся мировая фармация п
ерешла на хирально чистые лекарства. Это было инициировано именно той тр
агедией, 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 образ
ом. Вообще, с биологией связано очень много мифов. Обратите внимание, 56-й го
д, это всего 50 лет назад. Доказывалось, что органические соединения могут
быть синтезированы естественным образом, что они не являются исключите
льно продуктами жизнедеятельности. Доказали. Как теперь с асимметрией б
ыть? Происходит открытие: несохранение чётности в бета-распаде. Слабое в
заимодействие. Слабое взаимодействие является одним из четырех фундам
ентальных взаимодействий. Это 4 слона, на котором покоится наша Вселенна
я.
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 наруш
енной зеркальной симметрией. Ну, невозможно, чтобы не появилась гипотеза
, которая бы попыталась связать нарушенную зеркальную симметрию слабог
о взаимодействия с асимметрией живой природы. Катастрофа Ц там очень сл
абое взаимодействие. Немедленно встал вопрос: может ли слабое взаимодей
ствие проявить себя на химическом уровне? Оценки показали, что для того ч
тобы слабое взаимодействие проявило себя на химическом уровне, нужно ус
илить, 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 возн
икновения 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.
Р.К. Ну, так что может быть усилителем слабого взаимодействия?

В.А. Идёт дискуссия: что может быть усилителем? Ульбрихт предла
гает уже в 56-м году простой эксперимент: поляризованный электрон размени
вается на циркулярно поляризованное тормозное излучение, а раз оно цирк
улярно поляризованное, то оно уже будет по-разному взаимодействовать с
левыми и правыми молекулами. Это то же самое, как если бы вы левую перчатку
, скажем, попытаетесь надеть на две руки: на правую и левую. А она по-разному
будет надеваться.
Поставлен был один эксперимент Ц нулевой результат. Второй эксперимен
т Ц нулевой результат. Третий Ц нулевой результат. Серия экспериментов
Ц нулевые результаты. В некоторых случаях было заявлено, что наблюдали
эффект. Перепроверили Ц не наблюдается эффекта.
Проявляется или не проявляется? Сложилось, конечно, огромное поле самых
различных спекуляций Ц теоретических, в хорошем смысле спекуляций. То е
сть оценок, догадок и так далее.
В конце концов, остановились на том, что если у вас действительно имеется
процесс типа спонтанного нарушения симметрии (это может быть не только к
ристаллизация, а могут быть нелинейные реакции с критическим поведение
м, с неустойчивостью симметричного состояния), то тогда вблизи критическ
их условий, то есть там, где зарождается нарушение симметрии, вот в этот мо
мент зарождения нарушения симметрии (то есть потери устойчивости симме
тричного состояния) оказывается, что слабое взаимодействие становится
очень сильным. Само-то оно не становится сильным…
А.Г. Понятно, поскольку система выходит из равновесия, достато
чно чуть-чуть толкнуть, чтобы…
В.А. То есть, это своеобразный фазовый переход в критической то
чке. Оценки должны были показать Ц а какая всё-таки нужна система, чтобы
это прошло? Выяснилось, что система нужна вполне даже геохимическая. То е
сть, это море, 10 км на 100 км и глубиной, предположим, 300 метров. Прекрасно.
А.Г. Вполне отвечает.
В.А. Вполне отвечает. Но дальнейший анализ и жёсткие дискуссии
по этому поводу показали, что в этой критической точке для того, чтобы вы у
силили такую слабую асимметрию, вам нужно время, большее времени существ
ования Вселенной.
А.Г. Продолжение сразу после рекламы… Пожалуйста.
В.А. Да, всё-таки, конечно, проблема возникновения жизни Ц это н
евероятно интересная, очень интригующая, очень непонятная проблема.
Р.К. И тяжёлая.
В.А. Но тяжёлая не по решению, тяжёлая по постановке задачи. Вот
в чём всё дело.
Р.К. Дело в выборе подходов.
В.А. Как говорил академик Владимиров (и Виталий Иосифович Голь
данский, кстати, говорил то же самое): «Учёные полжизни тратят на постанов
ку задачи. После того как вы поставили задачу, вы испытываете блаженство,
купаясь в море чётко сформулированной мысли».
В данном случае, конечно, мне представляется, что самая захватывающая ча
сть этой задачи связана с катастрофой ошибок, парадоксом Левинталя, то е
сть с тем, что мы называем «переходом к непреодолимой сложности». Я, Рэм, х
очу пофантазировать… Не пофантазировать, а, в конце концов, поговорить в
от на какую тему.
Ведь мы же всё прекрасно понимаем, насколько сильно живое отличается от
неживого. А в чём, собственно, различие? Репликация? Пожалуйста, повторили
на маленьких молекулах. Органические соединения? Пожалуйста, сделали их
естественным путём. В чём, тем не менее, это ощущение совершенно непреодо
лимого конфликта, непреодолимой пропасти? В сложности? Определите, что т
акое сложность! В уникальности? «Это не может появиться, потому что это не
может появиться никогда». Да, мы уже близки к этому. К тому, что перед нами н
ечто, что само по себе повторить невозможно. Вот это и есть катастрофа оши
бок. Это и есть парадокс Левинталя. И мне кажется, это центральная проблем
а, которая, если будет атакована правильным образом и если будет найден с
пособ решения, тогда только мы сможем сделать хоть какой-то шаг в направл
ении создания осмысленной теории эволюции. Я думаю, что на решение этих п
роблем, в химии Ц тоже, и в физике Ц тоже, конечно, нужно потратить больши
е усилия. Я мечтаю создать центр, где бы можно было бы собрать людей…
Р.К. Вот кристаллограф Гавеззотти в одном из обзоров построил
образ идеальной лаборатории такого типа. Она требует, по его расчётам, тр
и миллиона долларов. И потом по миллиону долларов в год.
В.А. Да нет.
Р.К. Владик, никуда не денешься.
В.А. Нет, это как-то совершенно неправильно. Хотя мы говорим сей
час уже не о науке, а о её организационной стороне…
Р.К. Но ты же поставил задачу уже…
В.А. Нет, нет. Наука не требует больших денег, это неправильно.
Р.К. Это разве большие деньги?
В.А. Конечно, три миллиона долларов Ц это большие деньги.
Р.К. Для такой проблемы?
В.А. Нет, наука не требует больших денег, идеи не требуют больши
х денег. Технологии Ц да. Мир идёт по пути развития научных технологий то
лько для того, чтобы приблизить их непосредственно к рынку, это стоит дор
ого. Но научные идеи и создание среды, в которой могли бы генерироваться н
аучные идеи, это стоит недорого. И не надо пугать людей.
А.Г. Но стоят достойного уровня жизни учёного.
В.А. Абсолютно правильно, достойного уровня, но не жизни, а как в
ам сказать… Просто должна быть некая среда, в которой ты ощущал бы себя до
стойно. Вот собственно и всё. Речь идёт о среде. Ну, ладно, это, так сказать, д
етали…

Живая и неживая материя


21.05.03
(хр.00:50:06)

Участники :
Мстислав Владимирович Крылов Ц доктор биологических наук

Михаил Наумович Либенсон Ц доктор физико-математических на
ук

Мстислав Крылов : Эволюция живой и неживой материи подчиняетс
я одним и тем же концептуальным законам физики и химии. И поэтому мы вмест
е с доктором физико-математических наук Михаилом Либенсоном решили раз
работать эту проблему на двоих.
Наверное, ты начнёшь, расскажешь, как возникла Вселенная, об инфляционно
й гипотезе, о большом взрыве, а потом я уже перейду к тому времени, когда на
чала формироваться естественная материя и живые организмы.
Михаил Либенсон : Спасибо за такую возможность. Я должен сказа
ть, что, хотя я знаком с общим взглядом на Мир, основанным на теории Большо
го Взрыва, с тем, как возникла и развивается Вселенная, я не являюсь глубок
им профессионалом в этой области. Я читаю лекции «Концепции современног
о естествознания» студентам одного из вузов Петербурга. И очень этой тем
ой интересуюсь. Но, поскольку здесь претензий на какие-то новые вещи у нас
нет, я просто напомню, что, согласно теории Большого Взрыва, Вселенная воз
никла как флуктуация, и первоначально, в первый момент, который и определ
ить-то трудно (потому что я дольше говорю, чем это состоялось), плотность и
сходного вещества (Вселенная возникла из сингулярности) была чудовищно
й Ц 10 в 97-й степени грамм на кубический сантиметр, а температура Ц 10 в 32-й ст
епени градусов, Кельвина, или Цельсия (тут неважно, в чём определять), а дал
ьше началось стремительное расширение того, что образовалось, и темпера
тура падала. А то, что образовалось, начало стремительно меняться, преобр
азовываться. И проходило некоторые стадии. Эти стадии в течение первых т
рех минут прошли так много ступеней эволюции, что изучение их ещё только,
так сказать, начинается. Если перечислить только, то сначала получилось
нечто с огромным отрицательным давлением, и, согласно общей теории относ
ительности, такая вещь не могла быть устойчивой. Из неустойчивости получ
илось то, что уже стало после расширения обычным веществом. Но там присут
ствовала огромная доля излучения. И то, что известно из физики элементар
ных частиц, позволило понять, что потом, спустя ничтожные доли секунды, по
лучились первые барионы, а через очень короткое время пошло образование
ядер. И на протяжении долей секунды образовались первые ядра самых лёгки
х элементов Ц водорода и гелия. Образование же тяжёлых элементов, кирпи
чиков хорошо нам знакомого вещества, произошло уже гораздо позже и длило
сь не доли секунды, а миллионы лет. И за это время то, что возникло, охватило
огромные области. Но к этому мы ещё вернёмся, когда появятся картинки, а по
ка коснёмся вот чего. Главный и очень важный момент для общего нашего рас
сказа в том, что мы увидим серьёзные усложнения системы, которая возникл
а как некая неоднородность.
Усложнение Ц это очень важное свойство мира, который продолжает расшир
яться, оставаясь неравновесным и сугубо нелинейным, по оценкам, уже 12-15 мил
лиардов лет. Вот что можно сказать во вступлении о неживой природе.
М.К. Ну что же, расширяющейся Вселенной свойственна неравнове
сность. И многие процессы, протекающие во Вселенной, неравновесны, в том ч
исле и жизнь. Жизнь можно охарактеризовать как открытую неравновесную с
истему, находящуюся в стационарном состоянии, когда приток вещества и эн
ергии равен оттоку.
В неравновесных системах могут проходить процессы самоорганизации. Эт
и системы становятся чувствительны даже к очень слабым воздействиям. Он
и становятся чувствительными к слабым гравитационным полям, к электром
агнитным полям. Короче говоря, эти системы становятся необычайно чувств
ительными к любым флуктуациям. И они способны подстраиваться под изменя
ющиеся условия. Кроме того, эти системы ещё и стремятся к уменьшению прои
зводства энтропии. Одним из мощных антиэнтропийных факторов является у
сложнение системы. Поэтому усложнение, о котором сказал Михаил Наумович
, определяется именно состоянием системы, её неравновесностью. И эти усл
ожнения, конечно, протекают с участием обратных связей, либо положительн
ых, либо отрицательных.
Что можно сказать об общности законов физики и химии для живых организмо
в? Размеры клетки определяются законами диффузии. Известно, что масса кл
етки растёт пропорционально кубу, а поверхность клетки, через которую ос
уществляется диффузия веществ, также растёт, но пропорционально квадра
ту. Значит, клетка не может быть очень большой. Таким образом, закон диффуз
ии накладывает ограничения на размеры клетки.
Ещё пример Ц мы все прекрасно знаем, что стволы растений, крупных деревь
ев, скажем, имеют в разрезе радиальную форму. Вот эта радиальная форма опр
еделяется гравитацией. Скажем, «торпедовидная» форма животных, быстро п
еремещающихся в плотных средах Ц акул, дельфинов Ц определяется гидро
динамическими законами. Наконец, размеры или, вернее даже, масса летающи
х птиц определяется законами аэродинамики.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24