Диалоги (май 2003 г.)

Почему это должно поражать наше воображение? Потому что есть всё-таки какие-то фундаментальные законы и фундаментальные представления, которыми мы пользуемся в обычной жизни. А эти представления говорят буквально о следующем. Что ответственным за все химические превращения является электромагнитное взаимодействие. А электромагнитное взаимодействие сохраняет зеркальную симметрию. Именно поэтому зеркальные антиподы – левая и правая молекула – в химических реакциях проявляет себя одинаково. Спрашивается, каким же образом в мире, который управляется симметричными силами или симметричными взаимодействиями, могло возникнуть полное нарушение симметрии? Вот это и есть та загадка, над которой бьётся уже, по крайней мере, 150 лет множество учёных.

Конечно, для того чтобы поговорить об этом, о том, каковы взгляды на эту проблему, мы должны перейти (если мы говорим об эволюционном аспекте этой проблемы) к некоему эволюционному сценарию. На самом деле, сейчас не так важно для нас, каков конкретный сценарий. Мы понимаем, что как бы мы ни рассматривали эволюцию Вселенной или эволюцию на Земле, у нас, безусловно, возникает некий химический мир. А раз возникает химический мир, то он должен быть симметричным. Предположим, что у нас есть некий этап, на котором возник симметричный химический мир. Пусть далее в результате каких-то причин этот симметричный мир оказался асимметричным, то есть произошло нарушение симметрии. И возник какой-то асимметричный, но тоже химический мир. И пусть далее в этом уже асимметричном химическом мире каким-то образом (каким, пока мы не знаем) возникли сложные структуры, похожие на белки РНК и ДНК, и зародилась жизнь. Тогда, если мы представляем себе такую логику развития событий, мы должны задать, по крайней мере, два вопроса. Вопрос первый: а возможно ли нарушение зеркальной симметрии в ходе естественных природных процессов? И вопрос второй: а возможна ли сборка сложных структур, пусть даже в асимметричном хиральном мире? Вот об этих двух вопросах – с точки зрения хиральной упорядоченности и хиральной специфики живого материала – мы и поговорим.

Первый вопрос, понятно, это вопрос о химии. И поэтому, я думаю, здесь никто лучше Рэма Костяновского этот вопрос не прокомментирует. Какова история развития этого вопроса?

Р.К. Он восходит к Пастеру. Луи Пастер, будучи молодым учёным, 25 лет от роду, сделал фундаментальное открытие, о котором я сейчас расскажу. Но, прежде всего, надо взглянуть на то состояние духа во Франции, в котором он воспитывался, жил и учился.

На знамёнах французской науки в то время были написаны яркие слова. Первое, что кристаллография – это наука всех наук. И интенсивно развивались идеи геометризма. То есть, что по форме кристалла можно определить форму молекул, входящих в него. Эти две идеи были впитаны им и, естественно, привели к тем открытиям, которые он сделал. Он интенсивно изучал форму оптически активных кристаллов, энантиамерно чистых веществ и рацематов, то есть эквивалентной смеси энантиамеров или антиподов, изучал свойства этих кристаллов.

Одним из объектов была винная кислота – продукт, образующийся при сбраживании виноградного сока. Соль именно этой кислоты выпадает в чанах и бочках в процессе виноделия и носит название «тартар». «Тартарик эйсид», то есть «винная кислота» происходит именно от этого слова.

В.А. То есть решалась совершенно банальная проблема виноделия – как сделать бочки чистыми.

Р.К. Великий шведский химик Шееле установил строение этого соединения – это хиральное соединение. Тогда имели лишь одну оптически активную форму. И случай способствовал тому, что на одной из маленьких винодельческих фабрик рабочий перегрел этот осадок и получил совершенно новое вещество, по составу тождественное той самой тартарной кислоте, но не обладающее характерной для неё оптической активностью. То есть это был уже рацемат («рацемус» – «виноград», отсюда «виноградная кислота»), эта рацемическая винная кислота состоит из равного количества левых и правых молекул.

И уже прямо перед Пастером немецкий кристаллограф Митчерлих сообщил о сенсационном открытии, о том, что он обнаружил абсолютное сходство кристаллов рацемической винной кислоты и оптически активной, природной. И их одинаковую плотность. Это сразу было обсуждено на заседании французской Академии наук, и Пастер буквально зажёгся целью выяснить, в чём тут дело. Он исследовал снова эти кристаллы. И ему удалось обнаружить скошенную грань на кристаллах рацемической соли, натрий-аммониевой соли. И это зеркально противоположная скошенная грань наблюдалась и на других кристаллах.

И вот тут его осенила догадка – это смесь оптически активных кристаллов той самой природной винной кислоты и её антипода, и их надо было просто разделить. И вот он разделил кристаллы с левым и правым скосом и получил, что знак оптической активности одних кристаллов – левый, других – правый. Вот так состоялось это открытие. Что оно означает?