Биология в новом свете

Аналогично обстоит дело и с энергией. Когда речь идет о движении макроскопического тела, его энергия выражается таким большим числом квантов, что уменьшение или увеличение этой энергии на один квант измерить нельзя. Следовательно, величина энергии большого тела изменяется практически непрерывно. С достаточно хорошим приближением сказанное справедливо и для поступательного движения отдельных молекул. Однако при других видах движения молекул, таких, как вращение и колебание, непрерывное изменение энергии невозможно. В этих случаях изменение энергии на один квант уже приводит к значительному изменению скорости движения. С изучением таких процессов связано целое направление биофизики, так называемая квантовая биофизика, которая охватывает вопросы фотосинтеза, природы зрения, действия излучений на вещество и т. д.

А теперь рассмотрим еще один вопрос. Длинную молекулу можно сравнить с цепочкой, каждое звено которой подвижно. Что произойдет с такой цепочкой при хаотическом тепловом движении? Если на молекулу не действуют никакие дополнительные силы, она закручивается в беспорядочный "статистический клубок". Каковы размеры такого клубка при данной длине цепочки и насколько ее концы удалены друг от друга? Как ведет себя такой клубок при движении?

Представим себе длинную линейную молекулу, состоящую из химически связанных между собой атомов. Углы между отдельными связями остаются постоянными, хотя сама связующая ось искривлена. В результате хаотического теплового движения эта молекулярная цепочка может достаточно сильно перекрутиться (А). Наиболее вероятное состояние молекулы при таком случайном движении — 'статистический клубок' (Б)

Опять новые вопросы! Пожалуй, нам грозит опасность безнадежно запутаться в лабиринте науки. А этого бы не хотелось. Так будем верны нашему правилу — рассматривать не все, а лишь самое главное, самое интересное. Мы, хотя и не без некоторых усилий, усвоили основные законы микрофизики, тонкости, присущие миру молекул. Мы узнали много удивительного, трудно постижимого.

Какая же картина предстала перед нами? Отсутствие четких границ у молекул и ионов, их непрерывное движение и взаимное превращение, сравнимое с постоянно волнующимся морем, — какой-то хаос! В этом хаосе возник и существует "космос" жизни — микрокосм биологической организации! Как это произошло? Этот вопрос зародился столь же давно, как и способность людей сознательно мыслить, но до сих пор его нельзя считать окончательно решенным. Как же возникла жизнь из хаоса, как могла она сохраниться?

В молекуле белка строительные кирпичики (аминокислоты) следуют друг за другом в определенном порядке. Эту последовательность аминокислот называют 'первичной структурой' белка. (Символами обозначены отдельные аминокислоты: например, Гли — глицин.)

Мы знаем, что жизнь в высшей степени связана с упорядоченностью и организацией. В строгом порядке выстроены аминокислоты — кирпичики, из которых состоит белок. Их порядок, или, выражаясь языком молекулярной биологии, последовательность, определяет функцию белка, например его высокоспецифическое действие как фермента, т. е. катализатора биохимических реакций совершенно определенного типа. Если последовательность таких кирпичиков нарушится, фермент будет так же мало пригоден к работе, как телевизор, собранный обезьяной.

Итак, аминокислоты связаны между собой настолько прочно, что тепловое движение молекул не в состоянии их перемешать. Но ведь должны же они где-то соединяться друг с другом? "Сборочным цехом", где создаются белковые молекулы, являются рибосомы. Здесь по твердому плану — точной копии с наследственного вещества, хранящегося в кладовой каждой клетки — клеточном ядре, одна аминокислота "сшивается" с другой. На деталях этого процесса мы не будем подробно останавливаться. При желании читатель может в этом разобраться, обратившись за помощью к какой-либо из множества книг по молекулярной биологии. Здесь же для нас важно уяснить, что упорядоченность рождается упорядоченностью. В определенных случаях биологическая организация способна защититься от хаоса, сохранить упорядоченность и передать ее по наследству.

Невольно напрашивается вопрос, как возникла такая упорядоченность. Конечно, умение скопировать план конструкции и построить ее в полном соответствии с этим планом — большое мастерство. Но насколько сложнее разработать такие планы!