Биология в новом свете

Пластмассовая модель клеточной структуры, увеличенной в 10 000 раз. Она наглядна и помогает нам лучше представить реальный объект. Но не следует принимать эту модель за действительную структуру

Может быть, мы просто придираемся к словам? К сожалению, нет. Человек склонен переносить знания, добытые им при изучении одного процесса или объекта, на другие еще не известные ему процессы и объекты, которые он хотел бы исследовать. Сам объект заставляет его исправлять прежние неправильные представления и тем самым обогащает его, расширяет круг его знаний. Ученый, занимающийся молекулярной биологией, "видит" картины, увеличенные в 10 000 или 100 000 раз, видит со всей четкостью и, вероятно, строит на основании этого какие-то осязаемые модели, например из пластмассы. Теперь перед ним модель и, забыв о действительных размерах объекта, он пытается применять известные ему законы физики, скажем первый закон Ньютона: тело сохраняет состояние покоя, если на него не действует никакая сила, изменяющая это состояние. Этот закон, безусловно, правильный, и пластмассовая модель перед глазами биолога лежит на столе совершенно спокойно. Реальная структура, размеры которой в десять тысяч раз меньше, тоже лежала бы очень спокойно, если бы на нее не действовали никакие силы. Но материя не может существовать без движения; эту структуру непрерывно "толкают" со всех сторон колеблющиеся, вращающиеся, движущиеся молекулы окружающей среды, в непрерывном движении находятся и молекулы, из которых состоит сама структура. Модель из пластмассы спокойно стоит на столе, а реальная структура колеблется, вращается и ни минуты не остается в покое.

Используя дифракцию рентгеновских лучей, можно определить внешний вид биологической макромолекулы. Однако этот метод связан с большими трудностями. Пока известны структурные модели только очень немногих молекул

То, что справедливо для очень малых, но все же состоящих из многих молекул объектов, в еще большей степени относится к самим молекулам. Строение молекулы бессилен отобразить даже электронный микроскоп. Для того чтобы получить представление о структуре биологических макромолекул, используют метод дифракции рентгеновских лучей (рентгеноструктурный анализ). У рентгеновских лучей длина волны составляет несколько ангстрем (1 Å = 10^-8см), и, следовательно, с их помощью еще можно получить "изображение" молекулярных структур. Узкий пучок рентгеновских лучей, проходя через возможно более тонкий слой макромолекулярного вещества, к примеру белка, дает на фотопластинке картину дифракции, которая непосвященному показалась бы бессмысленной. Места почернения на фотопластинке очень тщательно промеряют и обсчитывают. В результате получают картину распределения плотности электронов в молекуле. Она напоминает карту гористой местности. На основании такой карты физик строит модель молекулы. Здесь речь уже не идет о какой-то зафиксированной, "замороженной" картине, как в случае электронной микроскопии, однако и эта модель не дает нам четкого представления о динамической структуре молекул. И хотя при рентгеноструктурном анализе движение молекул не "замораживается", то, что мы видим, можно считать неким средним значением для очень многих молекул. Таким образом, модель молекулы своей неподвижностью напоминает манекен, застывший в витрине магазина.

Модель молекулы, составленная из полушарий. Такие модели таят в себе опасность вступить на позиции механицизма

Мы должны твердо усвоить: "видеть" молекулу нельзя, о "внешности" молекулы не может быть и речи. Вместо "портрета" молекулы мы получаем ее научно обоснованное описание, которое отнюдь не идентично знакомым нам картинам из видимого и привычного мира макрофизики.

Итак, молекула представляет собой динамическую структуру. Но можно ли, основываясь на модели, полученной в результате рентгеноструктурного анализа, определить хотя бы усредненные размеры и. форму молекулы? Да, конечно, однако и здесь существуют свои трудности. Проще всего их продемонстрировать на примере атомов или ионов, т. е. атомов, которые, потеряв или присоединив то или иное число электронов, несут электрический заряд. Ранее мы уже обсуждали значение этих носителей заряда, в частности ионов натрия и калия, которые имеют положительный заряд и называются катионами. Каков размер иона?