Что такое жизнь?

Переходы без порога между исходным и конечным состоянием нас совершенно не интересуют – и не только в биологическом смысле. Они ничего не привносят в химическую стабильность молекулы. Почему? У них нет длительного эффекта, они остаются незамеченными. Когда они происходят, мгновенно следует возврат в исходное состояние, которому ничто не препятствует.

Глава 5 Обсуждение и проверка модели Дельбрюка

Действительно, как свет проявляет себя и тьму, так истина служит стандартом самой себя и ошибки.

Б. Спиноза. Этика. Ч. II, положение 43

Общий взгляд на наследственный материал

Из данных фактов вытекает простой ответ на наш вопрос: могут ли эти структуры, построенные из относительно небольшого числа атомов, длительное время противостоять тепловому движению, которому непрерывно подвергается наследственный материал? Предположим, что ген представляет собой огромную молекулу, способную лишь на дискретные изменения, заключающиеся в перестановке атомов и появлении изомерных молекул. Для удобства я и дальше буду называть этот переход изомерным, хотя нелепо исключать возможность обмена с окружающей средой. Перестановка может затронуть небольшой участок гена, и вероятно множество различных перестановок. Энергетические пороги, отделяющие существующую конфигурацию от любой изомерной, должны быть достаточно высоки в сравнении со средней тепловой энергией атома, чтобы такой обмен являлся редким событием. Подобные редкие события мы назовем спонтанными мутациями.

Остаток главы будет посвящен проверке этого общего взгляда на ген и мутацию, которым мы обязаны в основном немецкому физику Дельбрюку, путем подробного сравнения с генетическими фактами. Но прежде сделаем несколько уместных комментариев об основании и общей природе теории.

Уникальность взгляда

Необходимо ли при рассмотрении биологического вопроса копать столь глубоко и основывать взгляд на квантовой механике? Сейчас предположение о том, что гены являются молекулами, широко распространено. Найдется мало биологов – знакомых с квантовой теорией или нет, – кто не согласится с ним. Ранее мы позволили доквантовому физику озвучить его как единственное разумное объяснение наблюдаемой стабильности. Последующие рассуждения об изомерии, пороговой энергии, важной роли отношения W: kT в определении вероятности изомерного перехода можно было бы представить с чисто эмпирической позиции, уж точно не обращаясь к квантовой теории. Почему же я так настаивал на квантово-механической точке зрения, хотя и не могу доступно объяснить ее в этой книге и рискую утомить читателей?

Квантовая механика – первая теоретическая точка зрения, основные принципы которой позволяют учесть все виды скоплений атомов, встречающиеся в природе. Зависимость Гайтлера – Лондона – уникальная, исключительная особенность данной теории, придуманная не для объяснения химической связи. Она возникает сама по себе, весьма интересным и загадочным образом, на основании различных рассуждений. Полностью согласуется с наблюдаемыми химическими фактами, и, как я уже говорил, это уникальная особенность, достаточно понятная, чтобы сказать с определенной уверенностью: в квантовой теории «такого больше не произойдет».

Соответственно, мы можем смело утверждать, что у молекулярного объяснения наследственного материала нет альтернативы. Физическая точка зрения не позволяет иным образом объяснить его стабильность. Если взгляд Дельбрюка не подтвердится, то мы будем вынуждены сдаться. Это первое мое заявление.

Традиционные заблуждения

Однако вы можете спросить: неужели молекулы – единственные стабильные структуры из атомов? А как насчет, например, золотой монеты, две тысячи лет пролежавшей в гробнице и сохранившей отчеканенный на ней портрет? Конечно, монета состоит из множества атомов, но в данном случае мы не склонны объяснять сохранение формы статистикой простых чисел. То же самое касается выросших в скале аккуратных кристаллов, остающихся неизменными на протяжении геологических эпох.

Это подводит нас ко второму вопросу, который я хочу прояснить. Случаи молекулы, твердого вещества и кристалла не так уж различаются. В свете современных знаний они почти одинаковы. К сожалению, школьное образование придерживается определенных традиционных взглядов, а они давно устарели и затрудняют понимание действительного положения вещей.

Информация о молекулах, которую мы получаем в школе, не дает ни малейшего приставления о том, что они ближе к твердому состоянию, нежели к жидкому или газообразному. Напротив, нас учат различать физические превращения, такие как плавление или испарение, при которых молекулы сохраняются (например, этиловый спирт в твердом, жидком и газообразном состоянии всегда состоит из одних и тех же молекул, C₂H₆O), и химические, такие как горение спирта:

C₂H₆O + 3O₂ = 2CO₂ + 3H₂O,