Великий квест. Гении и безумцы в поиске истоков жизни на Земле

Объяснить это Пастер не смог^[420]. В те времена химики ничего не знали о форме молекул: структуры ДНК и подобных веществ установили лишь век спустя. Под сомнением оставалась даже идея о том, что молекулы состоят из атомов. Понять результаты Пастера удалось лишь спустя четверть века. Верный ответ нашли двое работавших независимо молодых ученых, которые опубликовали свои исследования в 1874 году. Первым из них был Жозеф Ашиль Ле Бель, 27-летний химик из Франции.

Имя же второго поистине знаменито: это Якоб Хендрик Вант-Гофф-младший, голландский химик, которому в то время было всего двадцать два – он еще даже не обзавелся научной степенью. В 1901 году Вант-Гофф стал первым в истории лауреатом Нобелевской премии по химии^[421].

И Ле Бель, и Вант-Гофф понимали, что решающую роль играют в этом случае именно атомы углерода^[422]. Они знали, что каждый углерод может образовывать одновременно до четырех связей с другими атомами. В простейшем случае все четыре могут быть одинаковыми – скажем, водородами. У такой молекулы не может быть “правой” и “левой” версии. И в самом деле: молекула, в которой углерод находится в окружении 4 водородов, – это метан, а он поляризованный свет не вращает. В этом легко убедиться, нарисовав молекулу метана на бумаге ярким фломастером. Если потом перевернуть бумагу, то проступающее через нее изображение не изменится.

Теперь рассмотрим молекулу посложнее – глицин, самую простую аминокислоту. Атом углерода в центре его молекулы соединен с карбоксильной группой, аминогруппой и, что самое важное, с двумя водородами. Несмотря на более замысловатую структуру, глицин тоже имеет всего одну форму молекулы – никаких “правых” и “левых” разновидностей и поворота поляризованного света. Причиной тому являются два водорода. Имея две молекулы глицина, их всегда можно повернуть так, чтобы их структуры совпали. То же произойдет и в случае, если вы повторите трюк с бумагой: изображения окажутся идентичны.

А теперь рассмотрим аланин – аминокислоту покрупнее. В аланине один из водородов заменен на атом углерода в окружении водородов. Это означает, что атом углерода в центре аланина находится в окружении четырех разных соседей и что эксперимент с бумагой не сработает. На сей раз, перевернув лист и сравнив оба изображения, мы увидим, что две из четырех соседних с углеродом групп поменялись местами.

Молекулу аланина и другие молекулы, имеющие эти немного различающиеся формы, называют “хиральными”. Помимо эффекта на поляризованный свет, различий они почти не имеют: выглядят одинаково, плавятся при близкой температуре и участвуют в одних и тех же химических реакциях. Эти альтернативные версии молекул часто называют лево- и правовращающими^[423].

Живые существа состоят исключительно из левовращающих аминокислот и правовращающих нуклеотидов. Непонятно, что лежало в основе такого распределения. Не исключено, что жизнь могла с тем же успехом остановиться на правовращающих аминокислотах и левовращающих нуклеотидах или на том и другом в левовращающей версии. Думаю, это можно сравнить с правосторонним либо левосторонним движением в разных странах. Не так важно, какой вариант предпочтет та или иная страна, – важно лишь, чтобы все придерживались общего правила. Безусловно, если вы скормите какому-нибудь организму не ту аминокислоту, у него возникнут проблемы. Скажем, изящная структура двойной спирали ДНК может сформироваться только из правовращающих нуклеотидов. Всего один левовращающий мономер вызовет деформацию дуплекса и, как следствие, сложности при прочтении последовательности ДНК, а то и невозможность ее прочтения. Затруднения возникают и при попытке удлинить имеющуюся “правую” РНК с помощью “левых” нуклеотидов, поскольку весь процесс при этом застопорится^[424].

Для исследователей зарождения жизни это стало еще одной дополнительной проблемой. Молекулам вроде нуклеотидов необходимо было не только возникнуть на юной Земле – должен был также запуститься некий процесс, обеспечивающий их “правильную” хиральность.

Первым этим вопросом всерьез занялся физик Фредерик Франк^[425]. Во время Второй мировой войны он, служа в разведке, работал над распознаванием замаскированных радаров и информировал британское правительство о секретном ракетном вооружении нацистов. Остальную же часть своей карьеры Франк посвятил исследованию кристаллов^[426].

В 1953 году (напомним: это год публикации результатов Миллера и структуры ДНК) Франк описал собственное решение проблемы одностороннего вращения. В статье он дает понять, что считает эту проблему совершенно тривиальной^[427]. В то время как другие полагали “асимметричный синтез” биологических молекул серьезным затруднением, Франк “долгое время считал, что тут все совершенно понятно”.