2.2 Асимметрия и жизнь

Одной из аксиом современной биологии следует считать утверждение: любая научная гипотеза, объясняющая происхождение жизни, должна включать в себя объяснение условий, при которых из первоначально симметричной системы возникла кирально чистая система. Когда и как произошел переход к киральной чистоте биомолекул, определившей существующую форму жизни?

На вопрос «когда?» дается три варианта ответов. Согласно первому, асимметрия возникла уже на стадии химической эволюции от неживого к живому, согласно второму — на промежуточном уровне сложности между химическим и биологическим, согласно третьему — киральность появилась позже, на стадии биологической эволюции. Каждый из подходов имеет специфические проблемы обоснования. Так, если асимметрия возникла на уровне химических реакций, то является ли она необходимым условием появления жизни? И почему тогда природой выбран именно этот вариант и отсутствуют его антиподы? Гипотеза о возникновении асимметрия на биологической стадии эволюции также требует ответа на вопрос: каким образом киральная жизнь стала артефактом процессов жизнедеятельности?

Большинство ученых отмечают чрезвычайно малую вероятность первого варианта — перехода к асимметрии на уровне химических реакций. Второй, промежуточный, вариант, разрабатываемый Д.С. Чернавским, основан на гипотезе, что кирально чистые гиперциклы обеих форм возникли, когда ДНК не выполняли еще полноценно биологическую функцию (кодирование), но уже выполняли химическую функцию (гетерогенный катализ), обладающую свойством биологической специфичности. Третий вариант указывает на решающую роль биологического цикла и строится на двух основных предположениях: 1) первая клетка в «первичном бульоне» полностью состояла из L-аминокислот, либо в ней случайно возник их небольшой избыток, а эволюционный отбор благоприятствовал этой форме жизни; 2) спонтанное нарушение симметрии, которое привело к существующей киральной однородности, произошло во многих местах зарождения жизни. Согласно последней позиции, которой придерживаются Р. Хегстрем и Д. Кондепуди, жизнь возникла как в L -, так и в D-формах. D-форма «вымерла» в итоге межвидовой борьбы за существование.

Общей для всех вариантов проблемой является установление причин нарушения симметрии. Теоретические модели, реконструирующие процесс

нарушения симметрии (отвечающие на вопрос «как?»), строятся либо на основании представлений о спонтанной самоорганизации, либо на принятии в расчет влияния внешних несимметричных воздействий, либо на суммирующем эффекте того и другого. Одним из первых проблему спонтанного нарушения симметрии сформулировал в 1970-х Л.Л. Морозов. В дальнейшем на основе теории самоорганизации ее разработка осуществлялась В. И. Гольданским, В. А. Аветистовым, В. В. Кузьминым, Д.С. Чернавским и др. Состояние симметрии между двумя видами молекул неустойчиво для открытых систем. Вследствие этого могла возникнуть как химическая, так и биологическая асимметрия, т. е. неравное количество L- и D-форм. И как только численность одних превысила численность других, система самопроизвольно эволюционировала в сторону асимметричного состояния. Предпочтение одной формы жизни перед другой в этом случае определяется случайной статистической флуктуацией.³

Нарушение симметрии могли также вызвать внешние несимметричные воздействия. Это — влияние киральных минералов (напр., кварца) и циркулярно поляризованного света. Особое место в рамках этой гипотезы отводится потокам нейтрино, возникающим при взрыве сверхновых звезд. Не сохраняющие четность слабые взаимодействия могли благоприятствовать киральности биомолекул.⁴ Хотя многие ученые считают, что столь слабым влиянием можно пренебречь, выдвигаются и доводы, что малое внешнее воздействие может запускать спонтанный процесс и тем самым определять выбор конечного состояния.