Величайшие загадки человека

Наш разговор с кандидатом медицинских наук, научным сотрудником и преподавателем медицинского факультета Ивановского государственного университета Надеждой Усольцевой начался довольно необычно. Моя собеседница сняла с полки томик Эдгара По и процитировала несколько строк одного из романов известного американского писателя–фантаста. Они оказались настолько неожиданными, что их, наверное, стоит привести и здесь.

Во время своих странствий вблизи Антарктиды литературные герои наткнулись на ручей с необыкновенной водой. «Она отнюдь не была бесцветна, — отмечает писатель, — но не имела и какого-то определенного цвета; она переливалась в движении всеми возможными оттенками пурпура, как переливаются тона у шелка…»

Когда же путешественники набрали в посудину этой необыкновенной воды и дали ей отстояться, то заметили, «что вся она расслаивается на множество отчетливо различимых струящихся прожилок, причем у каждой был свой определенный оттенок, что они не смешивались и что сила сцепления частиц в той или иной прожилке несравненно больше, чем между отдельными прожилками. Мы провели ножом поперек струй; и они немедленно сомкнулись, как это бывает с обыкновенной водой, а когда вытащили лезвие, никаких следов не осталось. Если же аккуратно провести ножом между прожилками, то они отделялись друг от друга, и лишь спустя некоторое время сила сцепления сливала их вместе…»

«Каким образом Эдгару По удалось удивительно точно описать некоторые свойства жидких кристаллов, более чем за полвека до их открытия, трудно судить, — сказала Усольцева. — Видимо, этот факт следует отнести к той же области литературного предвидения, свойственного большому таланту, как и упоминание Джонотаном Свифтом спутников Марса за 150 лет до того, как их впервые заметили астрономы. Но факт, как говорится, налицо: эта замечательная вода перед вами», — и она указала на одну из пробирок, стоявших на лабораторном столе.

Итак, кристалл — это не обязательно что-то твердое. Вещества, соединяющие в себе свойства твердого тела и жидкости, используются сегодня во многих отраслях науки и техники. Взгляните на свои электронные часы — их жидкокристаллический индикатор лишний раз подтвердит вам это.

Но какое все-таки отношение кристаллы, пусть даже и жидкие, имеют к нашему организму?

«Самое непосредственное, — говорит Усольцева. — Их присутствие в организме нетрудно заметить при помощи несложных опытов…»

И дальше я узнал вот что. Жидким кристаллам, как и всяким кристаллам, присуще свойство лучепреломления. То есть луч света, пропущенный сквозь слой жидкокристаллического вещества, обязательно изменит свою траекторию, поменяет плоскость поляризации.

Но точно такие же свойства Надежда Усольцева и ее мама — доктор химических наук, профессор Валентина Алексеевна Усольцева — обнаружили у некоторых биологических препаратов. Например, миелиновая оболочка нервного волокна, хрусталик глаза, растворы многих биологически важных соединений — нуклеиновых кислот, ферментов, сократительных белков обладают теми же оптическими свойствами, что и жидкие кристаллы.

* * *

При более глубоких исследованиях выяснилось, что такое, казалось бы, чисто внешнее свойство вовсе не случайно. Дело в том, что далеко не каждое вещество может существовать в жидкокристаллическом состоянии, обладать определенными, в том числе и оптическими, свойствами. Прежде всего оно должно иметь органическую природу. Предпосылкой возникновения жидкокристаллического состояния является также удлиненная линейная структура молекулы.

К настоящему времени открыто или синтезировано более 5000 веществ, имеющих как бы промежуточную, базу, то есть состояние, в котором эти вещества проявляют свойства как жидкости, так и твердого кристалла. У одних веществ мезафаза возникает при изменении температуры — это так называемые термотропные жидкие кристаллы. У других — при растворении, это лиотропные жидкие кристаллы.

Термотропные виды жидких кристаллов хорошо изучены, широко используются в науке и технике. Что же касается лиотропных жидких кристаллов, то лишь сравнительно недавно выяснилось, что по их принципу организованы такие важнейшие элементы всех живых систем, как биологические мембраны, — перегородки, отделяющие жизненно важные центры живой клетки друг от друга и от внешней среды.

Лиотропные жидкие кристаллы могут образовывать длинные цепочки полимеров. Это тоже важно в биологическом отношении. Такие молекулы организма, как ДНК, РНК, некоторые белки, в том числе и участвующие в мышечном сокращении, как раз и представляют собой подобные образования.

Ученые предполагают также, что жидкие кристаллы сыграли важную роль и на первых этапах возникновения жизни на Земле. Согласно теории, выдвинутой академиком А. И. Опариным, жизнь на нашей планете возникла в водах первичного океана. Так вот, когда первые органические молекулы стали сцепляться между собой, они прошли и через стадию образования жидких кристаллов.

* * *