Спонтанная эволюция: Позитивное будущее и как туда добраться

В течение нескольких последних тысячелетий человек склонился к восприятию мира в терминах полярных противоположностей: хорошо — плохо, правильно — неправильно, черное — белое, мужское — женское, духовное — механическое. И это лишь немногие примеры противопоставляемых друг другу противоположностей. Однако есть одна по-настоящему глубокая и устойчивая противоположность, в которой реально отображены фундаментальные свойства химических соединений.

Существует два основных класса молекул, образующихся из элементов периодической таблицы и демонстрирующих разные физико-химические свойства. Эти молекулы называются полярными и неполярными. Различия между ними проще всего объяснить на примере воды и масел.

Молекула воды полярна, то есть у нее есть локализованные области положительного и отрицательного зарядов. В этом отношении молекула воды подобна магниту, у которого тоже присутствуют четко локализованные южный и северный полюса. Поскольку противоположные полюса притягиваются друг к другу и образуют прочные связи, полярные молекулы могут физически объединяться в крупные, жестко структурированные комплексы. С другой стороны, хотя химические связи, соединяющие атомы внутри молекул масла (или липидов), очень сильны, эти химические образования неполярны, поскольку их заряд распределен внутри молекулы равномерно, а значит, там нет четко локализованных областей с положительным и отрицательным зарядом.

Химические связи, удерживающие вместе атомы в неполярных липидах, обладают в шесть-десять раз большим энергетическим потенциалом, чем химические связи внутри полярных протеинов и углеводов той же массы. Это означает, что Природа может использовать неполярные липидные молекулы для того, чтобы запасать биологическую энергию, — что отражено в факте накопления жира телами. Отсутствие в неполярных молекулах локализованных областей, где концентрировались бы силы притяжения и отталкивания, позволяет им образовывать текучие и аморфные сообщества. Однако это же свойство обусловливает их неспособность объединяться в жесткие структуры.

Наполнить сосуд неполярными молекулами — все равно что насыпать туда крохотные мячики для пинг-понга. Поскольку мячики не сцепляются друг с другом, каждый из них может легко двигаться с места на место, участвуя в свободных группировках. Наполнить сосуд полярными молекулами — это как если насыпать туда крохотных магнитиков. Они сразу же образуют плотную массу, поскольку магнитики прочно слипнутся между собой полюсами. Если же насыпать в один сосуд смесь из крохотных мячиков и крохотных магнитов, поляризованные магнитики слипнутся друг с другом и отделятся от неорганизованных мячиков. Этот образ помогает понять, почему полярные молекулы воды физически отделяются от неполярных молекул масла и почему капельки воды часто лежат на поверхностях бусинками, тогда как масло растекается тонкой пленкой.

Любопытно, что это различие между полярными и неполярными молекулами отображает важную разницу между мужскими и женскими чертами. Женщины, собираясь вместе, ведут себя подобно неполярным молекулам. Мужчины же подобны полярным молекулам: оказавшись в группе, они включаются в борьбу за власть и создают поляризованную иерархию от сильного к слабому.

Взаимодействуя между собой, полярные и неполярные молекулы могут формировать макромолекулы — комплексы из очень большого количества атомов. Живые клетки состоят из макромолекул четырех основных типов: протеинов, жиров, Сахаров и нуклеиновых кислот.

Протеины — полярны, а жиры — это неполярные липиды. Интересно, что связанные с воспроизводством нуклеиновые кислоты ДНК и РНК представляют собой объединения из полярных аминогрупп и Сахаров, которые являются производными от неполярных липидов.

Возникновение жизни полностью зависело от согласованного взаимодействия полярных и неполярных химических соединений, поскольку только вместе они образуют первичную биологическую органеллу — клеточную мембрану. Базовый кирпичик клеточной мембраны, фосфолипид, — это молекула, состоящая из полярного фосфатного химического соединения и неполярного липида. Фосфолипиды демонстрируют одновременно черты полярных и неполярных молекул и благодаря этому свойству могут вступать в физические взаимодействия обоих типов.

Женские липиды клеточной мембраны образуют водонепроницаемую липидную границу и тем самым обеспечивают контролируемую внутреннюю среду — первозданную матку, которая по определению представляет собой зону зарождения и развития. Однако жизнь смогла зародиться в этой матке лишь благодаря согласованному действию полярных мужских протеинов, обеспечивающих физическое единство клеточной мембраны и, что важнее, генерирующих движение, то есть работу, являющуюся источником физиологии и жизни.