А электромагнитное взаимодействие со
храняет зеркальную симметрию. Именно поэтому зеркальные антиподы Ц ле
вая и правая молекула Ц в химических реакциях проявляет себя одинаково
. Спрашивается, каким же образом в мире, который управляется симметричны
ми силами или симметричными взаимодействиями, могло возникнуть полное
нарушение симметрии? Вот это и есть та загадка, над которой бьётся уже, по
крайней мере, 150 лет множество учёных.
Конечно, для того чтобы поговорить об этом, о том, каковы взгляды на эту пр
облему, мы должны перейти (если мы говорим об эволюционном аспекте этой п
роблемы) к некоему эволюционному сценарию. На самом деле, сейчас не так ва
жно для нас, каков конкретный сценарий. Мы понимаем, что как бы мы ни рассм
атривали эволюцию Вселенной или эволюцию на Земле, у нас, безусловно, воз
никает некий химический мир. А раз возникает химический мир, то он должен
быть симметричным. Предположим, что у нас есть некий этап, на котором возн
ик симметричный химический мир. Пусть далее в результате каких-то причи
н этот симметричный мир оказался асимметричным, то есть произошло наруш
ение симметрии. И возник какой-то асимметричный, но тоже химический мир. И
пусть далее в этом уже асимметричном химическом мире каким-то образом (к
аким, пока мы не знаем) возникли сложные структуры, похожие на белки РНК и
ДНК, и зародилась жизнь. Тогда, если мы представляем себе такую логику раз
вития событий, мы должны задать, по крайней мере, два вопроса. Вопрос первы
й: а возможно ли нарушение зеркальной симметрии в ходе естественных прир
одных процессов? И вопрос второй: а возможна ли сборка сложных структур, п
усть даже в асимметричном хиральном мире? Вот об этих двух вопросах Ц с т
очки зрения хиральной упорядоченности и хиральной специфики живого ма
териала Ц мы и поговорим.
Первый вопрос, понятно, это вопрос о химии. И поэтому, я думаю, здесь никто л
учше Рэма Костяновского этот вопрос не прокомментирует. Какова история
развития этого вопроса?
Р.К. Он восходит к Пастеру. Луи Пастер, будучи молодым учёным, 25 л
ет от роду, сделал фундаментальное открытие, о котором я сейчас расскажу.
Но, прежде всего, надо взглянуть на то состояние духа во Франции, в котором
он воспитывался, жил и учился.
На знамёнах французской науки в то время были написаны яркие слова. Перв
ое, что кристаллография Ц это наука всех наук. И интенсивно развивались
идеи геометризма. То есть, что по форме кристалла можно определить форму
молекул, входящих в него. Эти две идеи были впитаны им и, естественно, прив
ели к тем открытиям, которые он сделал. Он интенсивно изучал форму оптиче
ски активных кристаллов, энантиамерно чистых веществ и рацематов, то ест
ь эквивалентной смеси энантиамеров или антиподов, изучал свойства этих
кристаллов.
Одним из объектов была винная кислота Ц продукт, образующийся при сбраж
ивании виноградного сока. Соль именно этой кислоты выпадает в чанах и бо
чках в процессе виноделия и носит название «тартар». «Тартарик эйсид», т
о есть «винная кислота» происходит именно от этого слова.
В.А. То есть решалась совершенно банальная проблема винодели
я Ц как сделать бочки чистыми.
Р.К. Великий шведский химик Шееле установил строение этого со
единения Ц это хиральное соединение. Тогда имели лишь одну оптически ак
тивную форму. И случай способствовал тому, что на одной из маленьких вино
дельческих фабрик рабочий перегрел этот осадок и получил совершенно но
вое вещество, по составу тождественное той самой тартарной кислоте, но н
е обладающее характерной для неё оптической активностью. То есть это был
уже рацемат («рацемус» Ц «виноград», отсюда «виноградная кислота»), эта
рацемическая винная кислота состоит из равного количества левых и прав
ых молекул.
И уже прямо перед Пастером немецкий кристаллограф Митчерлих сообщил о с
енсационном открытии, о том, что он обнаружил абсолютное сходство криста
ллов рацемической винной кислоты и оптически активной, природной. И их о
динаковую плотность. Это сразу было обсуждено на заседании французской
Академии наук, и Пастер буквально зажёгся целью выяснить, в чём тут дело. О
н исследовал снова эти кристаллы. И ему удалось обнаружить скошенную гра
нь на кристаллах рацемической соли, натрий-аммониевой соли. И это зеркал
ьно противоположная скошенная грань наблюдалась и на других кристалла
х.
И вот тут его осенила догадка Ц это смесь оптически активных кристаллов
той самой природной винной кислоты и её антипода, и их надо было просто ра
зделить. И вот он разделил кристаллы с левым и правым скосом и получил, что
знак оптической активности одних кристаллов Ц левый, других Ц правый.
Вот так состоялось это открытие. Что оно означает?
Оно означает принципиальную возможность спонтанного нарушения симмет
рии. То есть на уровне монокристаллов это возможно. Вот что доказал Пасте
р.
В том же самом 1848 году он демонстрировал этот эксперимент своему учителю
Био, который тщательно своими руками проверял оптическую активность, фо
рму кристаллов, чтобы убедиться в том, что это не ошибка. И доложил об этом
успехе на заседании французской Академии наук, которая в то время тщател
ьно следила за всё новыми находками.
Удивительно, что в том же самом году, в той же самой Франции, в Париже, матем
атик Браве, который ничего не знал об экспериментах Пастера, путём чисто
го математического расчёта обнаружил строгое количество возможных кри
сталлических решёток.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70