2000 № 06

«Все мы произошли из звездной пыли» — в кругах ученых-космологов такое утверждение уже давно стало избитым. Считается, что непосредственно после Большого взрыва (примерно 10–15 миллиардов лет назад) Вселенная состояла в основном из водорода и гелия, а также очень незначительных примесей лития и бериллия. Что касается остальных химических элементов, они появились позднее — в результате ядерных реакций, протекавших в центре звезд либо во время мощных взрывов сверхновых. Следовательно, наши хрупкие тела, состоящие главным образом из углерода и кислорода, с полным основанием можно считать «продуктом переработки» звездной пыли.

Недавно международная группа исследователей обнаружила еще одну любопытную связь биологии с астрономией. Оказывается, асимметрия в структуре молекул аминокислот, входящих в состав живых организмов, может быть непосредственно связана с особенностями звездного излучения на ранних этапах зарождения жизни на Земле.

В результате бомбардировки Земли кометами и астероидами несколько миллиардов лет назад на ней появились вода, многие газы и летучие соединения. Возможно, что именно этот «космический дождь» занес на Землю аминокислоты, среди которых преобладали левые молекулы.

МОЛЕКУЛЫ ЛЕВЫЕ И ПРАВЫЕ

Как известно, все живые организмы состоят из белков, а они, в свою очередь, — из аминокислот. Соединяясь друг с другом в разнообразной последовательности, аминокислоты образуют длинные пептидные цепи, которые самопроизвольно «закручиваются» в сложные белковые молекулы. Подобно многим другим органическим соединениям, аминокислоты обладают хиральной симметрией (от греч. хирос — рука), то есть могут существовать в двух зеркально симметричных формах, называемых «энантиомеры». Такие молекулы похожи одна на другую, как левая и правая рука, поэтому их называют D- и L-молекулами (от лат. dexter, laevus — правый и левый).

Другое название молекул-энантиомеров — «правовращающие» и «левовращающие» — происходит от их способности вращать плоскость поляризации света в различных направлениях. Если линейно поляризованный свет пропустить через раствор таких молекул, происходит поворот плоскости его поляризации: по часовой стрелке, если молекулы в растворе правые, и против — если левые. А в смеси одинаковых количеств D- и L-форм (она называется «рацемат») свет сохранит первоначальную линейную поляризацию. Это оптическое свойство хиральных молекул впервые было обнаружено Луи Пастером в 1848 году.

Любопытно, что почти все природные белки состоят только из левых аминокислот. Этот факт тем более удивляет, что при синтезе аминокислот в лабораторных условиях образуется примерно одинаковое число правых и левых молекул. Оказывается, этой особенностью обладают не только аминокислоты, но и многие другие важные для живых систем вещества, причем каждое имеет строго определенный знак зеркальной симметрии во всей биосфере. Например, сахара, входящие в состав многих нуклеотидов, а также нуклеиновых кислот ДНК и РНК, представлены в организме исключительно правыми D-молекулами. Хотя физические и химические свойства «зеркальных антиподов» совпадают, их физиологическая активность в организмах различна: L-caxaра не усваиваются, L-фенилаланин в отличие от безвредных его D-молекул вызывает психические заболевания и т. д.

Согласно современным представлениям о происхождении жизни на Земле, выбор органическими молекулами определенного типа зеркальной симметрии послужил главной предпосылкой их выживания и последующего самовоспроизводства. Однако вопрос, как и почему произошел эволюционный отбор того или иного зеркального антипода, — до сих пор остается одной из самых больших загадок науки.