Так что же это было за роковое событие, приведшее к всплеску жизни? Как я уже сказал, оно состояло в появлении самоудваивающихся объектов, но мы с тем же правом могли бы назвать его возникновением феномена наследственности процесса, когда «подобное рождает подобное». Обычно молекулам такое не свойственно. Молекулы воды, хотя и образуют огромные кишащие скопления, и близко не выказывают ничего похожего на истинную наследственность. На первый взгляд это утверждение может показаться ошибочным. Совокупность молекул воды (H2O) возрастает при сжигании водорода (H) вместе с кислородом (O) и уменьшается, когда вода, расщепляясь в процессе электролиза, превращается в пузырьки водорода и кислорода. Но хотя молекулам воды и присуще нечто вроде популяционной динамики, подлинной наследственности у них нет. Минимальным условием наличия последней было бы существование по меньшей мере двух четко отличающихся друг от друга разновидностей молекулы H2O, каждая из которых производила («порождала») бы свои собственные копии.
Иногда молекулы существуют в двух «зеркальных» вариантах. Таковы, например, молекулы глюкозы, содержащие равное количество атомов, собранных вместе в абсолютно одинаковом порядке, но выглядящие зеркальными отражениями друг друга. То же самое характерно и для молекул других сахаров, и для множества прочих веществ, в том числе таких важных, как аминокислоты. Уж не кроется ли здесь возможность появления химической наследственности чтобы «подобное рождало подобное»? Не могут ли правосторонние молекулы давать начало дочерним правосторонним молекулам, а левосторонние порождать молекул-левшей? Давайте в первую очередь ознакомимся кое с какой базовой информацией о таких «зеркальных» молекулах. Это явление открыл великий французский ученый XIX века Луи Пастер, изучавший кристаллы тартратов, то есть солей винной кислоты, важных компонентов вина. Кристаллами называют твердые образования: их видно невооруженным глазом и в некоторых случаях можно носить на шее. Кристалл возникает, когда одинаковые атомы или молекулы упаковываются вместе, формируя твердое вещество. Причем они не просто сваливаются в кучу, а выстраиваются в строгом геометрическом порядке, как гвардейцы одинакового роста и безукоризненной выучки. Молекулы, уже входящие в состав кристалла, служат шаблоном для добавления новых молекул, выпадающих из водного раствора и встраивающихся точно на свое место, так что весь кристалл разрастается в виде геометрически безупречной пространственной решетки. Вот почему кристаллы поваренной соли имеют форму куба, а кристаллы алмаза тетраэдрическую («бриллиантовидную») форму. Когда некая форма служит матрицей для постройки еще одной, подобной ей, формы, где-то неподалеку начинает маячить возможность такого явления, как самокопирование.
Вернемся теперь к кристаллам тартрата. Пастер заметил, что, если растворить тартрат в воде, из раствора возникают два типа кристаллов во всем идентичные, но выглядящие словно зеркальные отражения друг друга. Он тщательно рассортировал их. А заново растворив кристаллы каждого типа по отдельности, получил два различных раствора две разновидности разведенного тартрата. И хотя во многих отношениях эти два раствора были одинаковыми, Пастер обнаружил, что они вращают поляризованный свет в противоположных направлениях. Отсюда общепринятые названия таких молекул лево- и правовращающие, поскольку первые поворачивают плоскость поляризации света против часовой стрелки, а вторые по часовой стрелке. Как вы, должно быть, догадываетесь, когда оба раствора снова кристаллизовали, каждый дал начало кристаллам только одного типа, которые были как будто зеркальным отражением кристаллов, полученных из другого раствора.
Эти «зеркальные» молекулы в самом деле различаются в той же степени, как левый и правый ботинок: сколько ни старайся, нельзя развернуть их таким образом, чтобы они могли заменить друг друга. Во взятом Пастером исходном растворе содержалась смесь из обеих разновидностей, и при кристаллизации каждая молекула стремилась пристроиться к молекулам своего собственного типа. Существование двух (или более) четко различимых вариантов некоего явления условие, для наличия подлинной наследственности необходимое, но не достаточное. Чтобы обзавестись настоящей наследственностью, кристаллам, дорастающим до некоего критического размера, следовало бы расщепляться надвое и каждой половинке служить матрицей для формирования нового полноразмерного кристалла. Будь оно так, у нас действительно была бы растущая популяция, представленная двумя соперничающими типами кристаллов, и применительно к ней правомерно было бы говорить об «успехе» ведь раз обе разновидности молекул конкурируют за одни и те же составляющие их атомы, одна из них могла бы стать более многочисленной за счет другой, в силу «лучшего» умения создавать копии самой себя. К сожалению, подавляющее большинство молекул таким замечательным свойством наследственностью не обладает.
Я сказал «к сожалению», потому что химики, которым в медицинских целях бывает необходимо синтезировать, скажем, только левовращающие молекулы, дорого бы дали за возможность «размножать» их. Но если какие молекулы и служат шаблонами для образования других молекул, то производят они обычно не подобную самим себе форму, а свое зеркальное отражение. Это затрудняет задачу, поскольку, имея изначально левовращающую форму, в итоге вы получаете смесь из лево- и правовращающих молекул, представленных в равных количествах. Химики, специализирующиеся в данной области, всячески стараются «обмануть» молекулы, заставляя их «плодить» дочерние молекулы той же самой пространственной ориентации. И такая уловка осуществима с большим трудом.
Как бы то ни было, нечто подобное этой уловке произошло естественно и самопроизвольно четыре тысячи миллионов лет назад, когда мир был молод, с того-то момента и берет свое начало взрыв жизни и информации. (Возможно, впрочем, что наследуемым признаком тогда была не лево- и правосторонняя конфигурация молекул, а что-то другое.) Но для нормального протекания такого взрыва требуется нечто большее, чем просто наследственность. Даже если левовращающая и правовращающая формы некой молекулы действительно обладают способностью передавать свои свойства потомству, последствия их конкуренции не будут особенно интересными, поскольку разновидностей только две. Как только кто-то к примеру, левши одержит победу в соревновании, на этом вся история и закончится. Никакого дальнейшего развития не будет.
Более крупные молекулы могут обладать право- и левосторонней ориентацией в различных участках своей структуры. Так, у молекулы антибиотика монензина семнадцать центров асимметрии, каждый из которых имеет либо левовращающую, либо правовращающую конфигурацию. Двойка, помноженная на саму себя 17 раз, дает число 131 072 следовательно, существует именно столько четко различимых форм данной молекулы. Если бы эти 131 072 разновидности обладали таким свойством, как подлинная наследственность, то есть если бы каждая молекула могла порождать себе подобные, вышло бы весьма замысловатое соревнование, где представители наиболее успешной разновидности из 131 072 постепенно становились бы все многочисленнее. Но даже такой вариант наследственности был бы неполноценным, поскольку 131 072 число хоть и большое, но конечное. Чтобы взрыв жизни заслуживал своего названия, требуется не только наследственность, но и бесконечная, неограниченная изменчивость.
В том, что касается наследования «зеркальных» особенностей, пример с монензином завел нас в тупик. Но альтернатива левого вращения правому не единственное различие, какое могло бы передаваться по наследству при копировании. К числу химиков, дерзнувших всерьез взяться за сложную задачу создать самовоспроизводящиеся молекулы, принадлежит Джулиус Ребек, а также его коллеги, работающие вместе с ним в Массачусетском технологическом институте. Вариабельность, с которой они имеют дело, никак не связана с право- и левосторонностью. Ребек и его сотрудники использовали две небольшие молекулы, чьи точные названия несущественны назовем их просто А и Б. Будучи смешаны в растворе, А и Б соединяются, образуя третье вещество под названием совершенно верно! В. Каждая молекула В служит матрицей, литейной формой. В эту форму попадают свободно плавающие в растворе молекулы А и Б. Одна молекула А и одна Б сталкиваются там в таком положении, что оказываются идеально подогнанными друг к другу для получения новой молекулы В точно такой же, как предыдущая. Новая и старая молекулы В не склеиваются, чтобы сформировать кристалл, а расходятся. Теперь они обе годятся в качестве матриц для производства молекул В, чье количество в результате растет по экспоненте.
В том виде, как я пока что описываю эту систему, истинная наследственность ей не свойственна, но смотрите, что будет дальше. Молекула Б представлена множеством разновидностей, каждая из которых сочетается с А, образуя свой вариант молекулы В. Таким образом, у нас получаются В1, В2, В3 и так далее. Каждая разновидность молекулы В действует в качестве матрицы для синтеза новых молекул В того же самого типа. Следовательно, популяция В оказывается разнородной. Кроме того, у различных вариантов В производство дочерних молекул идет с разной эффективностью. Итак, в популяции молекулы В существует конкуренция между ее соперничающими разновидностями. Но что еще интереснее, удалось вызвать «спонтанную мутацию» В при помощи ультрафиолетового излучения. И этот новый мутантный тип оказался способен к «подлинному размножению», то есть к производству точно таких же дочерних молекул. Ко всеобщему удовлетворению, новая разновидность вытеснила исходную, стремительно захватив мир той пробирки, где эти протосущества обитали. Система А/Б/В не единственный набор молекул, ведущий себя подобным образом. В числе прочих назову лишь сходную тройку Г/Д/Е. Группе под руководством Ребека даже удалось получить самореплицирующиеся гибриды, образованные составными элементами из наборов А/Б/В и Г/Д/Е.
В том виде, как я пока что описываю эту систему, истинная наследственность ей не свойственна, но смотрите, что будет дальше. Молекула Б представлена множеством разновидностей, каждая из которых сочетается с А, образуя свой вариант молекулы В. Таким образом, у нас получаются В1, В2, В3 и так далее. Каждая разновидность молекулы В действует в качестве матрицы для синтеза новых молекул В того же самого типа. Следовательно, популяция В оказывается разнородной. Кроме того, у различных вариантов В производство дочерних молекул идет с разной эффективностью. Итак, в популяции молекулы В существует конкуренция между ее соперничающими разновидностями. Но что еще интереснее, удалось вызвать «спонтанную мутацию» В при помощи ультрафиолетового излучения. И этот новый мутантный тип оказался способен к «подлинному размножению», то есть к производству точно таких же дочерних молекул. Ко всеобщему удовлетворению, новая разновидность вытеснила исходную, стремительно захватив мир той пробирки, где эти протосущества обитали. Система А/Б/В не единственный набор молекул, ведущий себя подобным образом. В числе прочих назову лишь сходную тройку Г/Д/Е. Группе под руководством Ребека даже удалось получить самореплицирующиеся гибриды, образованные составными элементами из наборов А/Б/В и Г/Д/Е.