Почему сердце находится слева, а стрелки часов движутся вправо. Тайны асимметричности мира

Хотя D-аминокислоты, конечно, можно встретить в самых разных существах, от бактерий до пауков, от моллюсков до жаб, лягушек и человеческого мозга, их редкость только подчеркивает главный вопрос: почему все живое на Земле состоит почти исключительно из L-аминокислот и D-углеводов. В нем прячутся еще два вопроса, простой и сложный. Простой – почему хиральность аминокислот и углеводов одинакова? То есть почему все аминокислоты – именно L-аминокислоты, а все углеводы – именно D-углеводы? Причина проста – легче что-то строить из одинаковых кирпичиков, даже асимметричных, чем из разнотипных. Хорошими примерами могут быть ДНК и РНК, состоящие из нуклеотидов, содержащих углеводы (рибоза в РНК и дезоксирибоза в ДНК). Как и все остальные углеводы, это D-рибоза и D-дезоксирибоза. Легко построить зеркальную форму ДНК, включающую L-дезоксирибозу, и она так же хорошо бы функционировала. Однако почти невозможно построить стабильную молекулу, содержащую смесь D- и L-углеводов. Для функционирования ДНК стабильность имеет ключевое значение, а потому ключевое значение имеет и гомохиральность – однонаправленность всех ее компонентов. Те же соображения верны и для аминокислот, формирующих белковые цепочки, которые более стабильны, если полностью состоят из аминокислот одного типа. Но это был легкий вопрос. Куда сложнее ответить, почему жизнь основана на D-углеводах и L-аминокислотах, а не наоборот[195].

Одна из распространенных теорий, объясняющих преобладание L-аминокислот и D-углеводов, сводится к тому, что объяснять здесь нечего: это результат случайности и только случайности. Генетик Джон Холдейн, биохимик Лесли Оргел и физик Мюррей Гелл-Манн предполагали, что первый живой организм на Земле сложился из L-аминокислот только по воле случая, и все вполне могло обернуться иначе. Но с того момента, как это произошло, использование L-аминокислот сделалось постоянной, произвольной, но полностью неизменной характеристикой живого – замороженная случайность, навсегда закрепившаяся во всех потомках первых форм жизни. Представьте, что вы бросаете монету – кому из двух игроков ходить первым во всей серии игр. Возможны два равно вероятных исхода. Однако множество мелких факторов ведут к тому, что монета падает определенным образом, скажем, орлом, и результат этот определяет весь ход дальнейшего состязания. Не было никаких специальных факторов, ведущих к тому, что монета выпала орлом, и другая монета в другой день легко могла выпасть решкой, но как только первое решение было принято, оно предопределило все последующее. Разница между игрой и жизнью в том, что жизнь на Земле разыгрывается лишь один раз, и игра все еще продолжается. Хотя свести все только к случайности – идея приятная и привлекательная, множится число ученых, считающих ее недостаточной для объяснения преобладания на Земле L-аминокислот, и, как мы увидим, в основе этого мнения лежат свидетельства, обнаруженные за много миллионов миль от нашей планеты[196].

Жизнь на Земле возникла в условиях, совершенно отличных от тех, что мы наблюдаем сегодня. Есть искушение вообразить себе благоприятную среду, в которой нежные, хрупкие конгломераты нуклеиновых кислот, углеводов, аминокислот и мембран робко искали бы способ самовоспроизведения – то, что Дарвин называл «теплым мелким водоемом, полным всех видов азотных и фосфорных соединений, в присутствии света, тепла, электричества и т. д.». На протяжении XX века ученым виделись все более суровые условия: Джон Холдейн рисовал более жаркий мир, с проливными дождями, смывающими химические вещества в моря, «достигавшими консистенции горячего бульона», а в 1950-х биохимик Стэнли Миллер пропускал электрические разряды сквозь смесь метана, аммиака, водорода и водяного пара, предположительно преобладавших в атмосфере ранней Земли. Но, возможно, и эти условия были слишком благоприятными. Химик Уильям Боннер пишет, что «в течение первых примерно 700 миллионов лет первичная Земля подвергалась интенсивной бомбардировке бесчисленных комет и астероидов, размером не менее и даже более кометы Галлея, и энергии, выделявшейся при некоторых ударах, хватало, чтобы испарить океаны, сформировать атмосферу из испарившихся горных пород и стерилизовать поверхность Земли до глубины в несколько десятков метров». Едва ли это было похоже на идеальное место для тонких химических и биологических экспериментов, представлявшееся теплым, ласкаемым волнами пляжем. Тем не менее каким-то образом сложные организмы начали развиваться в этом мире, и они использовали генетический код, основанный на ДНК, состоящей из D-углеводов и сложных ферментов, составленных из L-аминокислот[197].