А.Ю. Гросберг, А.Р. Хохлов - Физика в мире полимеров (1119325), страница 37
Текст из файла (страница 37)
Ведь. если лидер представлен большим 'числом цепей, то совместными усилиями они наверняка оставят без «мономерной нищи» единственного случайно возникшего»выскочку», даже если сам по себе он и обладает более ж)х)эективным автокатализом, чем цепи-лидеры. Ситуация похожа нз простенькую механическую модель, изображенную на рис. 9.2. На рис.
9.2а система полностью симметрична, но неустойчива; на рис. 9.2б система случайно нли, как говорят, спонтанно нарушила симмегршо и попала з устойчивое положение. Устойчивость означает, что система как бы запоминает случайно произведенный выбор. Рнс. 9.2. Иеханнчеснан модель эаномннання случайного выбора Таким образом, формирование лидера в системе автокаталитических (или циклически каталнзирующих) полимеров представляет собой спонтанное нарушение симметрии (ведь до начала процесса все цепи с примерно одинаковыми каталитическимн свойствами были равноправными, т.
е. симметричными) и приводит к запоминанию случайного выбора. Запоминание случайного выбора, как оказывается, вообще очень интересная вещь; приведем несколько примеров на эту тему. 9.8. Право-левая асимметрия живой природы Сердце у большинства людей не посередине, а слева. Двойная спираль ДНК, тройная спираль коллзгена и се-спирали глобулярных белков — правые. В технике, за исключением особых случаев вроде левой педали велосипеда, используются правые винты.
Почему? Начнем с техники. Левая резьба сама по себе пичем не хуже правой. Но если бы даже в детском конструкторе, не говоря о чем-нибудь более серьезном, винты и гайки были вперемешку правые с левыми, т. е. если б»т симметрия не была нарушена, то это было бы, мягко говоря, Из ф; неудобно. Неудобство означает неустойчивость симметричного состояния. Выбор был произведен В поста!О»и!о!1 мере случайно, по т~перь он зафиксирован стандартами и традицией, т.
е. гроизошло его запоминание и нь!не система вполне устойчива — и!учайное веяние «левовиптовой:;-".5', » оды» невероятно. С молекулярны»ш винтами живов природы положение чуть сложнее. Дело в том„что в атомных ядрах имеются зеркалы1О-несимьгетри'!нью Взан»!Оде!!с!Вия, так называемые слабые взаимодействия. Они в самом деле слабые, Во всяком случае на свойства атомов влияют о 1ень слабо; долго шлн даже споры — есть ли это влияние вообще, но в 1970-х годах его все же удалось зарегистрировать в,у тонких оптических опытах с парами висмута. Из-за слабых взаимодействий правые и левые спиральные молекулы должн!» чуть-«!уть Отли'!Вться ИО энергии, нО это Отлич1ее! составляет по оценке всего 10 " от характерной энергии 1'!о нашему мненгио, хотя с зтнм согласны не все специалисты, та!1251 ни'!тожная Вел!шина ие «1Огла играть никакОй роли, и право-левая асимметрия современ!юй биосферы— результат типичного спонтангнжо наруше!шя симметрии, Виополнмер-лидер, впервые возникший в первичном буль.
оне, случайно и»1ел определенное направление спирали, и этот случайный выбор запомнился потому, что лидер обращал на строительство своих копий весь имевшийся в ограниченном количесгве материал. На эту тему есть даже занятный фантастический рас сказ, где говорится о жертвах кораблекрушения, погибающих иа незнакомом острове от голода среди изобилия восхитительных на впд плодов; разгадка же в том, что этот остров — подлинное зазеркалье, страна левых ДН1«„коллагена и с»-спиралей, и плоды этой с"граны людям в пищу ие годятся. Сыер!ь нес«!нотных подтверждает: с лидером !а роль лидера на этом острове играла, очевидно, система биополимеров !ше того» знака спир5алы1осгн) не поспоришь1 Варшкдение и развил!е жизни -- не единственный пример эволюции.
Другие примеры такие: по"Влеиие '" Фс'рхи!рование языков; зарождение и развитие шахматной игры, художественной литературы, живописи, вообще искусства, науки. Все э!и системы во многих отношениях очень гюхонш на жизь!е; ска1кем, научные понятия или литературные произведения рождаклся и, правда не все, умирают, многие из них оставляют прн этом потомство (например, уравнение теплопроводиости было выведено с помощью гипотезы теплорода, т. е.
является «потомком» этого нине «покойного» понятия, а хороню нам знакомый Дон Кихот вряд ли появился бы на свет вие «общества» ньше прочно забытых рыцарских романов). Но для нас сейчас наиболее важно, что развитие во всех этих системах идет именно путеги запоминания случайного выбора. Например, обозначение понятия «число» словом «число» в значителы1ой мере случайно, могло ведь быль и другое слово (как случилось у англичан — у иих «пишЬег»), но случайный выбор зафиксирован книгами и памятью людей, и связь слов с понятиями, конечно, ие монсе устой шва, ~еы положение шарика в ямке на рис. 9. 26.
Как впервые показал американский биофизик Г. Кастлер в !9Б2 г., запоминание случайного выбора ведет к созданию ноиои, ранее в природе не существовавшей, информации — информации о тсм„в какой ямке иа рис. 9.2 лежит шарик, какова первичная структура белка, переносящего кислород в крови человека, каким словом обозначено то или иное понятие и каким способом Том Сойер выполнил поручение о покраске забора.
На самом деле запоминание случайного выбора имеет отношение и к процессам художественного и научного творчества, но об этом мы здесь рассуждать ие будем, а сошлемся на увлекательные, хотя и не во всем бесспорные (что является досто1«яством, а не недостатком) книги М. В. Волькенштейна (2, 3, 4). Интересно, что в языке есть законы, пе зависящие от случайно произведенного выбора, т.
е. от того содержания, которым наделены те или иные слова. Таковы, например„ законы стихосложения — это ясно из следующего вполне бессмысленного, но «правильного» стихотворения С. Я. Ыарпака: Вяркялось. Хливкие шорьки Пырялись во вяве, 11 хрюкотяли зелюки, Кяк мюмзикк в мове. Д есть ли что-либо подобное в физике биополимеровр Есть ли какие-то закономерности, не зависящие ог того, какие именно первичные структуры из множества «кандидатов» были когда-то случайно выбраны для выполнения тех или иных фупкцийр Конечно, есгь! Таковы законы ИУ образования узлов на Г(НК (раздел !.6); таково правило гидрофсбно гидрофилыюго расслоения глобулярного белка (раздел 3.7) и многие другие, в большинстве своем пока не известные.
9. !О. Заключение. Что непонятно? Из сказанного выше можно сделать вывод, что запоминание случайного выбора и возникновение новой информации — единственный возможный способ эволюции для любых систем, где полный перебор всех вариантов неосуществим. Исторически первым и физически простейшим событием такого типа было, по видимому, образование полимерных цепей в перви;ном бульоне на ранней Земле. Не правда ли, замечательна сама возможность вполне научно рассуждать на все эти темы. Но еще большим дос~ ижением науки является возможность четкой и конкретной постановки неразрешешгых пока вопросов о предбиологической эволюции. Назовем некоторые из них: — какие из случайно синтезированных полимерных цепей обладают свойством самоорганизации (раздел 7.)3) и каталитическими свойствами, какими, в какой степени и с какой вероятностью; — каковы общие свойства биополимериых цепей, не зависящие аг их функции; — как образовались капельки илн сгустки (коацерваты в терминологии А.
И. Опарина, одним из первых в !924 г. изучавшего предбиологическую эволюцию), где концентрация первичных полимерных цепей была достаточной для осуществления автокатализа; — на каком этапе и как появились мембраны (раздел 3.2); — в какие единицы следующего иерархического уровня могли объединяться макромолекулы: путем соединения по нескольку штук в пространственный агрегат (подобно объединению мономеров в цепи иа предыдущем этапе) или путем организации «на кооперативных началах» общих циклов обмена веществ; — является ли генетический код результатом заиомииания случайного выбора или правы исследователи, предполагающие в ием неизбежное следствие стереохимических свойств основных биополимеров. Как видите, все вопросы связаны с физикой полимеров, и список таких вопрбсов может быть продолжен.
!зв У проблемы происхождения жизни есть еще одна увлекательная сторона — есть ли жизнь гдь. нибудь впе Земли. Конечно, мы этого не знаем, но нам во всяком случае кажется, что следы первичной полимеризация поискать стоит даже на Марсе. Л самым перспективным для таких поисков местом Солнечной системы представляются нам метановые моря па Титане — спучпике Сатурна. Правда, авторы этой книги совершенно не представляют себе, как туда для поисков попасть и, как пишуг а подобных случаях в ученых трудах, оставляют этот вопрос читателям в качестве самостоятельного упражнения В заключение мы должны предупредить, что не все ученые согласятся с нашими рассуждениями в этой главе.
Многие скажут, что попытки физиков рассуждать о таких вещах наивны и бесперспективны, На это можно ответить словами Ричарда Фейнмана (автора знаменитых «Фейнмановских лекций по физике»): «Самой плодогворной мыслью, сильнее всего стимулирующей прогресс в биологии, является, по-видимому, предположение о том, что все, что делают животные, делают атомы, что в живой природе все — результат каких-то физических и химических процессов, а сверх этого ничего нет. Конечно, всегда можно сказатгп «Когда переходишь к живой природе, все возможно».
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
