Линейная доминанта в понимании природы жизни

Альберт Кулик
Я хочу узнать, как Господь создал этот мир.    Мне неинтересно отдельно то или иное явление, спектр того или иного элемента;   я хочу знать Его мысли. Всё остальное – детали.
А. Эйнштейн

СОДЕРЖАНИЕ:

Введение
1. В системе естествознания не определен предмет огромной науки – биологии.
2. Линейный порядок в природе и в жизни человека.
3. Всеобщий закон ассоциации идентичных и квазиидентичных образований.
4. Главная загадка жизни: изначальное разрушение оптической симметрии. В чем его биологический смысл?
5. Как, каким путем могло произойти разрушение оптической симметрии в начале жизни?
6. Возникновение универсальной биолингвистики.
7. Было ли у эволюции время на эволюцию?
8. Диктатура генетической нити.
9. Линейный принцип биологической архитектоники.
10. Жизнь: свобода в объятиях паутины.
11. Линейное преобразование природы.
Заключение.




ВВЕДЕНИЕ

Исторически сложилось так, что научная мысль, в своих попытках раскрыть сущность жизни, сосредоточилась главным образом на функциональных аспектах этого сложнейшего космического феномена, а с некоторых пор - и на возможности его описания мерой абстрактной сложности, безотносительно уже к какому-либо конкретному материальному субстрату. Развитию именно такой, отвлеченной и умозрительной тенденции в значительной мере способствовали математики (А.Н Колмогоров, А.А. Ляпунов), кибернетики (Н. Винер, А.А. Берг) и астрофизики (Ф. Дайсон, Ф. Хойл).

«Жизнь есть скорее процесс, чем структура», - утверждал создатель общей теории систем Л. Берталанфи. «Химическим аспектам возникновения жизни я придаю большее значение, нежели физической форме», - подчеркивал в своих трудах выдающийся физик-кристаллограф Дж. Бернал. «Сущность жизни связана с организацией, а не с субстанцией», - вторил им позднее Ф. Дайсон. Этот могучий лейтмотив, заданный в свое время столь крупными научными авторитетами, настойчиво повторяется и ныне в различного рода публикациях, особенно философского характера.

Мной сделана попытка отойти от этих устойчивых стереотипов и посмотреть на столь многосложный предмет иначе, под другим углом зрения. Разумеется, с самых общих, принципиальных позиций, но опираясь при этом, все-таки, на строгие и выверенные научные факты. По традиции, идущей от Э. Шрёдингера, я вновь задался вопросом: «что же такое жизнь?». Но теперь уже, с иной стороны. С точки зрения конструирования живой материи. Жизнь - это только процесс или еще и структура? - спросил я себя.
 
При всем этом всякого рода произвольные постулаты, абстрактные и запредельные метафизические представления о жизни были оставлены в стороне, за рамками моего исследования. Я ограничился той реально наблюдаемой, вещественной формой жизни, которая существует на Земле около четырех миллиардов лет и таит в себе столько неразрешенных загадок, что их вполне хватило бы еще на многие поколения исследователей. Именно той жизнью, которая с удивительным постоянством и упорством очень скоро заводится в каждой теплой деревенской луже.


1. В СИСТЕМЕ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ НЕ ОПРЕДЕЛЕН ПРЕДМЕТ ОГРОМНОЙ НАУКИ - БИОЛОГИИ

Едва ли найдется ныне специалист (даже весьма авторитетный в ученом мире), способный дать вполне обоснованное определение жизни, которое не встретило бы аргументированных возражений.

Мы и в самом деле не знаем, что такое жизнь. Та обыкновенная (но в то же время пока единственно доступная нашим органам чувств) - видимая, вещественная, телесная, белково-нуклеиновая. Которая с удивительным постоянством и упорством заводится в обыкновенной луже, где бы та ни возникала.
То есть мы способны, конечно, вследствие своего практического опыта отличить живой объект от неживого. Мы вроде бы знаем, о чем идет речь, когда говорят «жизнь», «живое», но не в состоянии дать этому понятию конструктивного научного определения.

Известный в прошлом биолог-теоретик Э. Бауэр, кажется, первым (в 1935 г.) обратил внимание на парадоксальное обстоятельство, состоящее в том, что в системе естествознания не определен предмет целой науки - биологии. Правда, в то время еще не был известен механизм матричного синтеза на молекулярном уровне, не имелось представления о конвариантной редупликации, не были открыты пространственная структура молекулы ДНК и генетический код. Но вот что пишет спустя 40 лет (когда это и многое, многое другое стало в естествознании уже научными фактами) один из основателей отечественной молекулярной биологии В. Энгельгардт: «По-прежнему остается непознанной самая коренная, величайшая задача - сущность, природа самого явления жизни. Мы лишь уверены в том, что находимся на пути к этому решению, но трудно сказать, каково расстояние, отделяющее нас от цели».

С тех пор еще прошли десятилетия. Биологическая наука, как и естествознание в целом, обогатились новыми фактами и грандиозными открытиями. Однако расстояние до упомянутой цели от этого нисколько не сократилось. Часто цитируемое утверждение В. Вернадского о существовании коренного отличия живого вещества от косной материи, об отсутствии плавных переходов между ними (на этом, кстати, в свое время упорно настаивали виталисты) научно не подтверждается. Мы неизменно сталкиваемся с невозможностью однозначно провести разделительную линию  и не знаем когда, с какого момента сказать: «жизнь», «живое» (не имеем такого признака, который сам по себе позволил бы сделать это резко, твердо и безоговорочно).

Взять, к примеру, кристаллический панцирь Земли - олицетворение косности, инертности и неподвижности (с точки зрения биолога). Разве не достойны удивления рост минерального кристалла за счет элементов среды, его способность к регенерации? Это не простое увеличение числа связанных атомов, а процесс, с необходимостью включающий в себя условие постоянной репродукции заданного типа структуры, по существу - процесс самоорганизации. Информация о будущем кристалла закодирована в структуре его исходных компонентов. С виду холодные и бесчувственные, кристаллы рождаются, живут и умирают, ведут борьбу за существование, осваивают пространство. Вытесняют и пожирают друг друга. Устают и отдыхают, издавая при этом звуки. Им свойственны процессы размножения, питания (поглощения), созидания и разрушения, обмен веществ, чувствительность и раздражительность, столь характерные для живых организмов. А это значит, что в функционировании кристалла воплощен прообраз механизма информационного управления.

Согласно синергетической концепции самоорганизации, таким механизмом в значительной степени обладает всякая находящаяся вдали от термодинамического равновесия (то есть имеющая большой запас свободной энергии) диссипативная система неживой природы (в особенности автокаталитическая). По достижении состояния крайней неустойчивости и нестабильности такая система способна бифуркировать, создавать порядок из хаоса, повышать ценность содержащейся в ней информации путем отбора мод, наиболее резонансных системе, и тем самым прогрессивно эволюционировать от простого состояния - к сложному.

Вообще говоря, любая системная единица неорганической материи уже в силу своей структурности способна к распознаванию, оценке, выбору и переработке информации, что создает определенные условия для ее самоорганизации и самообучения. В природе нет абсолютной границы между структурно связанной и свободно циркулирующей информацией. И в живых, и в неживых системах они не только неразрывны, но и взаимно предполагают друг друга. В последнем случае отсутствует лишь высокоразвитая способность организационного использования информации, которой в полной мере обладают лишь живые объекты.

И выходит (если еще учесть тождество химических кларков живого вещества биосферы и косного - литосферы, коллоидальное состояние коры выветривания и цитоплазмы клеток, генетическое единство геологических и биологических процессов, наконец, отсутствие в космосе хирально чистых органических соединений с четко выраженной оптической асимметрией), что земная жизнь, как это и предвидели интуитивно древние мыслители, есть плоть от плоти Земли.

По современным научным представлениям, она отличается от неживой природы главным образом соотношением между веществом, энергией и организацией, а также мерой упорядоченности, сложности, увеличением веса и функциональной значимости информации в общей сумме материи. Пытаясь проникнуть в сущность феномена жизни, мы вынуждены ограничить сферу своего знания лишь доступными нашему наблюдению явлениями жизни. Мы в состоянии говорить лишь о том, в чем проявляется более высокое качество живого, чем оно превосходит в тех или иных отношениях состояние вещества, присущее неживой природе. Но не более того!

2. ЛИНЕЙНЫЙ ПОРЯДОК В ПРИРОДЕ И В ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА

Несмотря на множество научных определений, дефиниций и формулировок разного рода мы не знаем до сих пор, что такое жизнь в сущностном плане. Как и не знаем, где, когда и при каких обстоятельствах (на Земле или вне Земли) она впервые возникла. И я этого не знаю. Но у нас есть достаточные основания считать, что принципиально важным (определяющим) шагом, сделанным Природой (по завершении химической эволюции Вселенной) в направлении биосинтеза (или, как говорят еще, биопоэза), явилась линейная организация некоторых идентичных микрообразований на молекулярном уровне (в отличие от господствующей в мире трехмерной кристаллической решетки). Почему так, а не иначе? И какая властная сила всегда влекла человека к линейному построению?

Линейный принцип выстраивания смыслонесущей конструкции

В многовековой человеческой практике (в разные времена, по разному поводу, осознанно и бессознательно, а подчас и независимо друг от друга) возникали различные технические решения, которые настойчиво повторяли в той или иной форме линейный принцип записи, хранения и воспроизведения всякого рода кодированной информации. Сначала для памяти люди наносили по дереву или камню выстроенные в ряд зарубки, завязывали на нити различные узелки, нанизывали на нее те или иные предметы, имевшие условно-смысловое значение. Позднее появились литерное письмо, числовые ряды, нотная строка, грампластинка, телеграфный текст, кинолента, магнитная дорожка, кардио-, энцефало-, аудио- и тому подобные технограммы, компьютерные диски...

Очевидно, только на линии достигается последовательное выстраивание, перестановка и комбинирование элементов множества. Только так осуществляется их полная иерархизация (упорядочение): каждое звено в цепи занимает единственное, строго определенное и только ему принадлежащее место - после чего-то, перед чем-то. Линейная выстроенность смыслонесущей конструкции ориентирует на восприятие ее содержания как единого целого, отсекая всевозможные ответвления, которые в него бы не вписывались. Вся внутренняя организация линейной строки текста направлена на то, чтобы предполагаемый читатель однозначно и как можно скорее воспринял структуру и логическую схему передаваемого содержания. Наконец, и это крайне важно, линейный порядок наиболее доступен не только для считывания, но и для воспроизведения кодированной информации.

"Встаньте в черёд, не толпитесь!", - говорят в народе.. В нашем языке изобилуют устойчивые словосочетания «живая очередь», «поставить на очередь», «пропустить очередь», «вне очереди»... Глубокий смысл несут, оказывается, эти простые и  до боли знакомые нам слова. Почему в армейских подразделениях принято линейное (по очереди, друг за другом) построение пехотинцев? Да потому, что так все они вместе и каждый в отдельности всегда на виду. Их легко наблюдать, ими удобно управлять (например, выстраивать в шеренгу, а при необходимости - немедленно перестраивать в колонну), используя для этого в командно-информационной системе минимум звуковых кодовых сигналов (типа «первый-второй»). Неупорядоченной толпой управлять намного труднее и нельзя держать в поле зрения одновременно всех: в толпе можно и затеряться.

Жизнь есть литературное произведение Природы!

Но вот что здесь и во всем этом наиболее для нас примечательно! Именно таким образом, то есть аналогично линейной строке текста, записанного отдельными литерами, осуществлено на молекулярном уровне полное и точное описание живого организма во всех мельчайших подробностях, включая потенциальные возможности, специфические особенности и наклонности каждого индивидуума. Ведь, как это ни парадоксально может показаться, но всякий биологический вид есть по существу литературное (от лат. littera - буква) произведение Природы, созданное ею по определенным «грамматическим правилам» и выпущенное в свет задолго до того, как у людей появилась письменность, а тем более была сдана в типографический набор первая рукопись.
Судьба каждого биологического индивидуума (включая человека) по самому большому счету изначально держится на тонкой, очень длинной в масштабах микромира, но в то же время достаточно жесткой материальной нити, которую при определенных условиях можно потрогать, измерить, разделить на части, смотать в клубок, сфотографировать и т. д.

Современная технология создания генетически модифицированных организмов основана на тончайших микроманипуляциях, и потому, конечно, крайне сложна в деталях. В общих же чертах (в принципе) суть ее довольно проста: с помощью специальных биологических ножниц (в их роли выступают особые белки-ферменты) генетические нити, принадлежащие разным организмам, нередко очень далеким друг от друга, режут на части, которые затем соединяют (сшивают) концами в заданном порядке (подобно тому, как поступают с кинолентой при монтаже фильма). В результате организм, которому включили в его генетическую программу фрагмент нового текста, приобретает и новые качества. Тем самым открываются фантастические возможности рукотворного и преднамеренного конструирования организмов с заданными свойствами.

Достижения генной инженерии, уже позволившие решить ряд очень важных практических задач, представляют в то же время огромный познавательный интерес. Они вплотную и, что очень важно, на бесспорной экспериментально-фактической основе подводят нас к пониманию сущности жизни, обнажают сокровенные (святая святых!) механизмы ее творения. Они не оставляют сомнения в том, что: 1) именно одномерно организованная строка литерного текста изначально легла в основу будущей  жизни и 2) дальнейшая работа Природы над ней, связанная с обогащением ее семантикой, «редактированием» и «корректированием», привела к возникновению на Земле первых живых организмов и созданию в дальнейшем всего наблюдаемого ныне биоразнообразия.

Но, как говорится, «быстро сказка сказывается, да не скоро дело делается». Разумеется, для реализации этой грандиозной акции Природе потребовалось в процессе длительной эволюции подключение и оптимизация совершенно необходимых и весьма непростых для научного понимания условий и материально-энергетических ресурсов. Анализ этой стороны дела не входит в мою задачу. На этот счет имеется обширная специальная научная литература. Наиболее полная сводка, включающая новейшие достижения мировой науки представлена в недавно вышедшей монографии Михаила Никитина «Происхождение жизни. От туманности до   клетки».
Мне же важно здесь (как это и определяет эпиграф к моей публикации) акцентировать внимание читателей на фундаментальном, доминантном принципе в понимании сути самого конструирования живой материи.

Полинуклеотидная нить, как бы мы ее ни представляли в молекулярно-биологическом и биохимическом свете, есть строка литерного текста, который набран предельно мелким «шрифтом» (т. е. элементами молекулярной структуры) из малого числа букв. В ДНК их всего четыре: аденин, гуанин, тимин, цитозин, - поэтому такой текст предрасположен к легкому и быстрому прочитыванию и воспроизведению при минимальных энергетических затратах, хотя сама строка достигает колоссальной длины - до 3,5 млрд. нуклеотидных пар.

В этой строке при необходимости может быть закодирован такой объем информации (путем образования из литер определенных «слов», «фраз» и других смыслонесущих конструкций), что для простейшего изображения последней с помощью четырех букв русского алфавита (а, г, т, ц), соответствующих указанным нуклеотидам и плотно выстроенных в одну линию, потребовался бы миллион страниц типографского текста. А это не одна тысяча увесистых томов. Вот для наглядности ничтожно малый фрагмент генетического текста, описывающего человека:

«…ааацгтгаацтцгтцгцатттццаагцццатагцгцттгцааттгтаатт…»

Проблема лишь в том, как расположить текстообразующие элементы, в каком порядке, в соответствии с какими «грамматическими правилами», а главное, кому все это под силу, каков должен быть Литератор? Ведь сами по себе буквы не несут никакого смыслового значения до тех пор, пока не будут соединены в те или иные слова. Но из одинаковых наборов слов, как мы знаем, можно составить галиматью, но можно и сочинить великую поэму (каковой в сущности, если продолжить наши аналогии, и стал каждый биологический вид, обитающий ныне на Земле).

Общность пространственной организации (сродство линейному порядку) полинуклеотидов и полипептидов сыграла не последнюю роль в том, что в процессе эволюционного созидания жизни открылась возможность для своеобразной транслитерации - передачи текста, написанного с помощью одного алфавита, средствами другого, т. е. возможность перекодирования линейной последовательности нуклеотидов в линейную же последовательность аминокислот, в которой закодирована трехмерная структура белков. «Симбиотически» дополнив друг друга и утратив уже способность существовать и функционировать отдельно, эти две принципиально необходимые для жизни линейно организованные системы поделили между собой потоки информации (полинуклеотиды), а также вещества и энергии (полипептиды), которые в своем неразрывном единстве и составили фундаментальную основу белково-нуклеиновой жизни.

Итак, первичное, главенствующее, определяющее, фундаментальное значение для происхождения живого на фоне неодушевленной природы имела линеаризация материи, в результате которой некоторые атомы и молекулы (мономеры) выстроились в ряд и, соединившись, заняли определенное, строго фиксированное положение. По существу реализовался все тот же, хорошо знакомый нам из практики принцип: «встаньте в черед, не толпитесь!». Именно это обстоятельство явилось пусковым механизмом созидания жизни, тем первоисточником, откуда пошла-побежала в будущее ее нескончаемая нить-строка. Ибо, что бы там ни говорили и ни фантазировали, а жизнь (если иметь в виду ее единственное, достоверно известное нам состояние) - это природная самоорганизующаяся  система, в основу которой положена линейная строка генетического текста, или, попросту говоря, генетическая нить. И, поскольку в нашей необъятной, но в то же время изотропной и однородной Вселенной действует одна и та же физика, трудно допустить, чтобы внеземная вещественная жизнь (если только она существует) была организована где-то в ее пределах на принципиально иной геометрической основе.

3. ВСЕОБЩИЙ ЗАКОН АССОЦИАЦИИ ИДЕНТИЧНЫХ И КВАЗИИДЕНТИЧНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ

Итак, принципиальное значение для возникновения живой системы на фоне неодушевленной природы имела линеаризация материальных образований, в результате которой некоторые атомы и молекулы (мономеры) выстроились в ряд и, соединившись, заняли определенное, строго фиксированное положение (перед чем-то, после чего-то). Именно это обстоятельство, открывшее возможность линейной записи (а затем хранения и воспроизведения) кодированной информации на молекулярном уровне, явилось пусковым механизмом созидания жизни, ее первоосновой и ее первоисточником.
Но как могла космическая эволюция выйти на этот путь в контексте самоорганизации, в силу каких причин и следствий?

В природе наблюдается удивительная закономерность: однородные элементы (материальные образования как носители идентичных свойств и качеств) стремятся к объединению и обособлению. Подобное притягивается подобным, однородности имеют склонность к плотной упаковке.

Пути к достижению такого эффекта бывают разные. Движущие силы и механизмы реализации этой тенденции могут сильно отличаться друг от друга в зависимости от происхождения и специфики конкретного объекта. Но результат, в принципе, всегда один и, более того, - он вполне очевиден. Вот некоторые примеры:

Относительное содержание химического элемента золота составляет на Земле ничтожно малую величину - 0,0000005%. Казалось бы, в чистом виде он не должен существовать в природе. Тем не менее, известна не только    высокая концентрация этого металла в некоторых рудах. Встречаются довольно увесистые   самородки золота, которые представляют собой средоточие огромного количества однородных атомов.

В котлах тепловых электростанций, во избежание накипи, применяют, как известно, наиболее чистую воду. Атомы меди составляют в такой воде миллионные доли процента. Тем не менее, на стенках котлов с течением времени вырастают в процессе эксплуатации обособленные комки (агломераты) чистой меди массой до нескольких килограммов.
Эти примеры являются отражением широко распространенного и очень значимого класса физических явлений и процессов, называемых кристаллизацией. О том, насколько широко и масштабно распространена кристаллизация в природе, свидетельствует твёрдая часть Земли (литосфера), представляющая собой мощный кристаллический панцирь, охватывающий всю планету слоем, толщиной в десятки и сотни километров.

Теперь обратимся к объектам живой природы. Если растереть в однородную кашицу ткани печени и почки, то сохранившие жизнеспособность клетки будут активно выделяться из общей массы и фракционироваться («кристаллизоваться») посортно. Живые клетки ведут себя в данной ситуации по принципу «возьмёмся за руки, друзья!».

Возможно, нечто подобное (то есть объединение и обособление группы однородных клеток), а не деление клетки, которое почему-то не дошло до конца (как это по традиции принято считать в биологической науке), породило когда-то в скоплениях одноклеточных организмов сначала колониальные формы, а затем привело к образованию в процессе эволюции и настоящих многоклеточных организмов.

Это только внешне кажется, что разные живые существа (скажем, травянистые растения), совместно обитающие на одной и той же территории, хаотически и безучастно перемешаны друг с другом. На самом же деле особи каждого биологического вида, характеризующиеся общностью морфологических, физиологических и генетических признаков, объединены незримыми связями в отдельные группировки, так называемые популяции. Впрочем, когда подвижные животные (насекомые, рыбы, птицы, млекопитающие и др.) собираются в стада или стаи, реальность этих связей становится вполне очевидной.

Еще больше стремятся к объединению в группы существа разумные - люди, особенно если их связывают общие интересы. Отсюда происходят кружки, клубы, общины, политические партии, профессиональные, национальные и религиозные организации и тому подобные формы социальной упаковки. Безграничные и качественно новые возможности для реализации этой тенденции открыл ныне Интернет, позволивший создавать различного рода социальные сети и сообщества.
               
Вернёмся, однако, к упомянутому выше физическому явлению кристаллизации как частному, хотя и чрезвычайно широкому, случаю закона ассоциации. Тут я хочу особо выделить два крайне важных (для грядущей жизни) обстоятельства. Во-первых, атомы разных химических элементов способны иногда в процессе кристаллизации замещать друг друга, если только они имеют близкие характеристики (размеры, форму, заряд, химическое сродство). А это значит, что в принципе объединяться в кристаллы могут совместно не только совершенно идентичные, но и квазиидентичные частицы. Во-вторых, наиболее часто кристаллизация порождает в природе объёмные, трехмерные структуры (в соответствии с трехмерной кристаллической решеткой). Но бывает и так, что рост кристалла идет только в одном направлении. Строительные элементы выстраиваются в цепь (словно «взявшись за руки»), в результате чего возникают одномерные, линейно организованные образования (нити), длина которых на порядки превышает их поперечные размеры.

Наше представление о нитях преимущественно связано с органическими линейными полимерами (натуральными или синтетическими). Однако нити широко распространены и в неорганической природе. Более того, минеральные линейные образования первичны по своему происхождению. Они стали появляться вслед за образованием твердой земной коры из горячего расплава.

Во всех классах неорганических минералов встречаются ныне нитевидные (одномерные, линейно организованные) кристаллы. Известны самородные волокнистые кристаллы упомянутого золота, а также серебра, меди, олова, свинца, селена, серы, имеющие нередко значительную длину. Так, тончайшие нити самородного серебра достигают в длину до 0,5 м. Они обычно сильно изгибаются, скручиваются и спутываются в клубки. Тончайшие нити карбоната кальция и гипса, образующиеся в пещерах, способны в силу своей гибкости наматываться и завязываться узлом. Природные нитевидные кристаллы часто срастаются в различного рода агрегаты (гипс, самородное серебро). Широко распространены, например, параллельно-волокнистые (асбесты) и спутанно-волокнистые нефриты, пилорические асбесты) агрегаты. В форме нитей и волокон в природе кристаллизуется множество силикатов, сульфидов, фосфатов, галогенидов, окислов и гидроокислов, боратов, карбонатов и многих других химических соединений.
Линейные минералы не только предшествовали природным органическим полимерам. Они создали условия для их образования и дальнейшего усложнения. Суть в том, что в результате химической эволюции Земли (которая последовательно шла от геологического к биологическому, от минерального - к органическому) на ее арену с течением времени вышли простые поначалу производные углерода. Возможность абиогенного синтеза органических соединений типа аминокислот, пуринов, пиримидинов, сахаров и многих других в условиях древнейшей Земли была подтверждена экспериментально еще в 50 - 60-х годах прошлого столетия. Довольно сложные органические молекулы найдены затем и в околозвездном пространстве. В общем, образование подобных соединений в условиях Космоса и ранней Земли нисколько не противоречит законам физики и химии.
Особую (для будущей жизни) эволюционную перспективу при всем этом приобрели два класса соединений - с одной стороны, нуклеотиды, основу которых образует углевод пентоза (рибоза или дезоксирибоза) с присоединённым к нему азотистым основанием (производное пурина или пиримидина) и остатком фосфорной кислоты, а с другой, - уже упомянутые аминокислоты.

Специалисты подчеркивают, что в условиях водной среды, с которой ученые чаще всего (и не без основания) связывают зарождение жизни, линейная кристаллизация (полимеризация, поликонденсация) как тех, так и других мономеров весьма затруднительна. Для этого требуются внешний источник энергии и присутствие катализаторов. Однако в природе уже существовала, как мы только что видели, линейно организованная силикатная проматрица, способная аккумулировать солнечную энергию и обладающая к тому же каталитической активностью. Весьма вероятно поэтому, что именно силикаты инициировали на границе гидросферы и литосферы линейный матричный синтез («по образу и подобию») первых органических молекул - сравнительно коротких поначалу РНК-овых молекул, а возможно, и полипептидов. И, стало быть, кремний как химический элемент (содержание которого в современной земной коре составляет, кстати, 29,5% от её массы против 2,3;10-2 % углерода), выполнил тем самым свою великую историческую миссию в качестве предшественника главному элементу нынешней жизни - углероду.

При всем этом, как и в случае с минеральными кристаллами, выстраиваться и объединяться в одну молекулярную цепь с равным успехом и в различном (практически неограниченном по числу вариантов) сочетании смогли не только совершенно идентичные, но и квазиидентичные органические мономеры (то есть разные аминокислоты и разные нуклеотиды)! По этой причине в природе возник совершенно новый прецедент: была запущена в ход первая строка литерного текста, набранная различными по своей форме молекулярными буквами. И, стало быть, в принципе открылась потенциальная возможность созидания (путем комбинаторики на линии мономеров-букв) определенных «слов», а затем «фраз» и других смыслонесущих конструкций, закрепляемых в процессе естественного отбора. Более того, открылась возможность «работы» над текстом, связанной с обогащением его семантикой, «редактированием» и «корректированием». Разумеется, при наличии соответствующих молекулярных механизмов распознавания текста, а также считывания и воспроизведения закодированной в нём информации.

4. ГЛАВНАЯ ЗАГАДКА ЖИЗНИ: ИЗНАЧАЛЬНОЕ РАЗРУШЕНИЕ ОПТИЧЕСКОЙ СИММЕТРИИ. В ЧЕМ ЕГО БИОЛОГИЧЕСКИЙ СМЫСЛ?

Ввиду особой важности этого вопроса, ставшего камнем преткновения для каждой теории происхождения жизни, остановимся на нем подробнее.

Суть вот в чем. Органические молекулы, как и любые материальные тела, являются трехмерными образованиями, имеющими определенный объём. От их конкретной пространственной конфигурации (а не только от элементарного состава) в значительной мере зависят физические и химические свойства, направление и скорость реакций. Между тем, важнейшие строительные элементы жизни -аминокислоты и сахара нормально существуют в природе в виде двух пространственных антиподов (иначе говоря, изомеров) - L и D (от лат. laevus - левый и dexter - правый), которые, подобно правой и левой перчаткам, зеркально отображают друг друга и, следовательно, ни при каком перемещении в пространстве не могут совпадать друг с другом. Как тут живому существу разобраться, кому отдать предпочтение в сложнейшем и бесконечном процессе клеточного метаболизма?
 
Поясняю.
Каждый в отдельности взятый изомер обладает так называемой оптической активностью. Его раствор способен отклонять плоскость проходящего поляризованного света на определенный угол: в одном случае вправо (правовращающий изомер), в другом - влево (левовращающий изомер). Однако в принципе изомеры в чистом виде, как «левые», так и «правые», термодинамически гораздо менее устойчивы, чем их равновеликая (эквимолярная) смесь. По этой причине каждый из них имеет склонность к самопроизвольному превращению наполовину в свою стереохимическую противоположность. И, стало быть, составленная любым из них молекулярная система с течением времени самопроизвольно переходит в энергетически более выгодную форму - равновесный рацемат. Понятное дело, рацемат не обладает оптической активностью, поскольку в нем возможности отклонения плоскости поляризации влево и вправо взаимно компенсированы.
В процессе искусственного химического синтеза (как аминокислот, так и сахаров) всегда получается рацемат. Разделить рацемат на отдельные фракции или же заведомо получить таковые в чистом виде довольно трудно. Все это, несомненно, указывает на то, что на ранней Земле безраздельно господствовали органические рацематы и, стало быть, жизнь исторически возникала на симметричном рацемическом фоне.

Но эта симметрия была каким-то образом нарушена, причем нарушена раз и навсегда. Биосфера решительно отвергла рацематы. Жизнь пошла наперекор сложившемуся статус-кво и существующим правилам. Жизнь не потерпела равноправия левых и правых стереоизомеров. Жизнь стала распознавать, принимать и воспроизводить в своем непрерывном метаболизме (как это мы хорошо знаем теперь) только D-сахара и только L-аминокислоты. (Единственной аминокислотой, не обладающей оптической активностью вообще, является глицин, поскольку в его молекуле нет асимметрического атома углерода).

Хотя, казалось бы, все препятствует этому в мире, где господствует тенденция к равноправному, симметричному существованию левых и правых изомеров какого-либо конкретного органического соединения. Ни один из фундаментальных законов физики не запрещает симметрию оптических изомеров. Но нет жизни без оптической асимметрии, как и нет в природе асимметричного состояния органического вещества в каких-либо ощутимых масштабах без жизни. Особая мета стоит на всем живом. Один-единственный признак - избирательное отношение к оптическим антиподам - проводит резкую грань между живой и неживой природой. И на то должна быть веская, продиктованная крайней биологической необходимостью причина. Иначе говоря, наряду с вопросом «как это могло случиться, почему?» (на котором традиционно, со времен Л. Пастера, было сосредоточено внимание научной мысли), мы обязаны поставить теперь вопрос «для чего?».

Но, как это ни странно, такой совершенно естественный и логичный вопрос никогда еще в науке не возникал. Стереохимический феномен жизни с самого начала был расценен в ученом мире главным образом как некая данность, некая причуда природы, не имеющая особого биологического смысла.

В самом деле, правые и левые антиподы, образующие рацемат, носят одно и то же химическое название, они построены из одних и тех же атомов, с одной и той же последовательностью. Имеют одинаковые химические свойства, одинаковые физические константы (температура плавления и кипения, плотность, растворимость, показатель преломления и др.). Возможно, это обстоятельство и направило научную мысль по ложному пути. Сложилось представление о произвольном и совершенно случайном предпочтение D-изомеров сахаров и L-аминокислот, которое возникло на самых ранних этапах предбиологической эволюции. «Пока нет убедительных доказательств того, что молекулы, подобные белкам, не могли бы быть построены из равного числа правых и левых молекул аминокислот», - писал в своё время большой знаток химии Л. Полинг. И далее он же: «На Земле могли бы жить организмы, построенные из D-аминокислот, так же как и организмы, построенные из L-аминокислот».

Решительно не могу согласиться с подобными суждениями.
Как уже было сказано мною (читайте предыдущий раздел), жизнь на молекулярном уровне очень любит линейную, «строевую дисциплину». Жизнь в структурном и функциональном отношении линейно зависима. Жизнь есть литературное произведение природы. Многообразные процессы, которые осуществляются в живой клетке (прежде всего репликация, транскрипция и трансляция) и неизбежно сводятся к строительно-монтажным работам на линии (очень точным, выверенным, строка в строку), естественно, требуют определенной, строго фиксированной пространственно-геометрической стандартизации исходных строительных конструкций.
               
Понятно, что столь сложные динамические микропроцессы, где первостепенное значение имеет фактор узнавания, затрудняются или же вовсе становятся невозможными, если, например, одна часть молекул какой-либо белковой аминокислоты «левша», а другая - «правша». Кто сможет без напряжения и раздражения читать большое литературное произведение, напечатанное пусть даже хорошо известными, но перевернутыми вверх ногами буквами пополам с нормально ориентированными? Кто возьмется оценить его художественные достоинства?! Тем более для прочтения и точного воспроизведения молекулярного генетического текста, безусловно, куда более содержательного и сложного, требуется строгая геометрическая упорядоченность его элементарных составляющих.
               
Если текст набран вперемешку левыми и правыми буквами, то считывающие молекулярные механизмы, узнающие литеры по их форме и пространственному положению, будут вынуждены то и дело выяснять, «левая - правая, где сторона?». Неизбежно структурное усложнение этих механизмов либо двукратное их увеличение в числе (отдельно для левых и отдельно для правых антиподов). А это уже явное расточительство, на которое природа никак не могла пойти в процессе самоорганизации. Кроме того, не следует забывать, что сам по себе рацемат есть индивидуальное химическое соединение, которое сильно отличается по своим свойствам от каждого из входящих в его состав компонентов.

Рацематы - это тупик для дальнейшей биохимической эволюции. Грядущей жизни в самом её начале во Вселенной реально угрожала рацемическая симметрия, а это значит, что ей (жизни) угрожала рацемическая смерть.

Отсюда со всей определенностью следует, что оптическая асимметрия имеет фундаментальный биологический смысл. И разрушение оптической симметрии на молекулярном уровне вовсе не случайно. Оно необходимо было продиктовано той линейной доминантой, которая изначально была положена природой в основу конструирования живой материи. Можно сказать и так: линейный принцип конструирования жизни – причина, оптическая асимметрия – следствие.

Но как такое могло произойти в далеком прошлом на фоне господствовавшей тогда всеобщей рацемизации? Об этом в следующем разделе.

5. КАК, КАКИМ ПУТЕМ МОГЛО ПРОИЗОЙТИ РАЗРУШЕНИЕ ОПТИЧЕСКОЙ СИММЕТРИИИ В НАЧАЛЕ ЖИЗНИ?
               
Как мы видели, рацематы - это тупик для дальнейшей биохимической эволюции. Грядущей жизни в самом её зачатии во Вселенной реально угрожала рацемическая симметрия, а это значит, что ей (жизни) угрожала рацемическая смерть. В рацемическом равновесии (в рацемическом хаосе) природа слепа, и только с выходом из него она прозревает. Нарушение оптической симметрии стало необходимой предпосылкой для возникновения жизни на фоне безжизненной природы. Отсюда само происхождение жизни мы не то что вправе, а просто обязаны рассматривать в единой связке с разрушением рацематов и возникновением оптической асимметрии. Жизнь возникла именно благодаря молекулярной асимметрии. Жизнь в полной мере есть порождение асимметрии, её счастливое производное. Без нарушения оптической симметрии космическая эволюция материи не пошла бы в сторону жизни.

Но как же, в силу каких обстоятельств могло произойти такое маловероятное событие в мире, где, казалось бы, всё препятствует и противодействует этому?

Внимание исследователей со времен Л. Пастера сосредоточилось не столько на биологическом смысле оптической асимметрии, сколько на поиске возможных физических факторов, которые могли бы её вызвать в самом начале, причём непременно в глобальных (возможно даже, космических) масштабах. Сам Л. Пастер полагал, что зеркальная асимметрия есть проявление некой «диссимметрии Вселенной» и, стало быть, она была навязана живой природе извне. Понятно, что при такой трактовке вопрос о биологической целесообразности феномена теряет всякий смысл.

Позже гипотетически рассматривались более конкретные, но опять-таки внешние асимметризируюшие факторы: магнитное и гравитационное поля Земли; слабое взаимодействие с его нарушением чётности; поляризованный звёздный свет (благодаря которому, возможно, во всей Солнечной системе левые аминокислоты преобладают над правыми, а в других галактиках - их зеркальные двойники, так что аминокислоты там правые, а сахара - левые) и т.п.

Дополнительный импульс, усиливший интерес к проблеме, сообщила разработка теории катастроф (как ответвление теории динамических систем) и концепции самоорганизации. Часто цитируемая в этой связи гипотеза Л.Л Морозова и В.И. Гольданского предполагает, в частности, так называемый самопроизвольный фазовый переход к асимметрии, причем скачкообразно, через необратимую бифуркацию. Подобно тому, как возникновение Вселенной связывается современной космологией с «Большим взрывом» (Big Bang - 2B), так и возникновение жизни во Вселенной (а, стало быть, и оптической активности элементов живого вещества) можно связать со своеобразным «Биологическим Большим взрывом (Biologikal Big Bang - 3B). Возникновение жизни в безжизненной природе из первоначально рацемической смеси оптических антиподов мира добиологической химии происходило, по мнению названных авторов, именно как своеобразный фазовый переход, как бифуркация, как катастрофа. Эволюционный сценарий происхождения оптической асимметрии (предполагающий постепенное накопление однонаправленных молекулярных стереоизомеров) был ими полностью отвергнут.

Мне же представляется, однако, вполне реалистичным именно эволюционный сценарий происхождения оптической асимметрии. Причем в традиционном понимании смысла этого термина, т.е. эволюция, идущая через случайную изменчивость и естественный отбор наиболее жизнеспособных и наиболее приспособленных мод. Отбор как постоянный и монолитный рост ценности, функциональной значимости информации, что в сущностном плане означает развитие, усложнение семантики.

Отмеченное выше стремление рацематов к равновесию и стабильности отнюдь нельзя расценивать как нечто абсолютное и неизменное. Равновесие, в котором пребывает рацемическая система, открытая для потоков энергии из окружающей среды и подверженная другим внешним воздействиям, на самом деле всегда носит динамический характер. В ней происходят флуктуации - игра и противоборство рацемизации и преимущества того или иного оптического антипода, их взаимопревращение. Малые резонансные возмущения в определенный момент неустойчивости системы могут разрастаться в макроструктуру вплоть до полного доминирования того или иного изомера. Особенно при дополнительном воздействии асимметризирующих факторов (поляризованный свет, электрическое, магнитное, гравитационное и другие физические поля, конвекционные потоки на границе раздела фаз твёрдого, жидкого и газообразного состояния вещества и т.п.), что подтверждается многочисленными экспериментальными данными. В результате поначалу обратимая рацемическая система переходит, таким образом, в достаточно стабильное состояние с частично (или даже полностью) нарушенной зеркальной симметрией.

В качестве разрушителей зеркальной симметрии могли выступать в далеком прошлом и объекты минерального происхождения, обладающие в силу особых своих качеств каталитической активностью, например, асимметрические (левовращающие и правовращающие) кристаллы кварца. И, стало быть, химический элемент кремний, который выше уже был назван мною в качестве возможного первичного фактора линейной полимеризации органических молекул, вполне мог оказать углероду ещё и вторую услугу в грядущем конструировании им жизни. Сочетание двух возможностей в одном «силикатном гене», по логике, имело бы для природы несомненные «экономические» преимущества.
Как бы то ни было, нарушение оптической симметрии вполне могло происходить в мягком и спокойном режиме, без каких-либо молниеносных катастроф и революционных потрясений, словом, без всякого «B». И необязательно сразу в глобальных масштабах, как это полагали Л.Л. Морозов и В.И. Гольданский.

Полимерным органическим молекулам, формировавшимся где-то в спонтанно возникавшей оптически активной среде, ничего не оставалось, как включать в свой состав (в качестве строительного материала) только правовращающие или только левовращающие мономеры. Они просто вынуждены были это делать в отсутствие выбора в конкретных локальных условиях! Первичное образование таких асимметричных органических полимеров, несомненно, было делом случая и вряд ли имело поначалу какое-либо существенное значение для "мировой революции" в сторону жизни. Однако именно такие молекулы оказались наиболее подходящими для последующей органической эволюции, что и показал в дальнейшем их естественный отбор (первопричина всякой самоорганизации, метод методов, порождённый самой природой), который при всей своей стихийности шёл уже направленно. Включение только одного изомера из двух послужило главной предпосылкой для стабилизации и выживания теперь уже куда более сложных органических молекул, их последующего воспроизведения и накопления в определенной среде, а также дальнейшего структурного и функционального усложнения. Такие молекулы приобретали преимущества в отношении скорости реакционных процессов и потенциальной возможности к реплицированию (рацематы полностью проигрывали им в этом отношении). Процесс их направленного отбора мог протекать, в принципе, ещё до зарождения жизни, то есть в предбиологический период, где-то в пограничной зоне гидросфера-литосфера.

Если же говорить более конкретно, то здесь мне лучше всего сослаться на упомянутую выше новейшую монографическую сводку Михаила Никитина (2016) под названием «Происхождение жизни. От туманности до клетки» а также на его интервью «Из грязи в люди» (http://albercul.livejournal.com/1032559.html).
 
Очень кратко, по сути.
Появление жизни в исторической ретроспективе протекало, несомненно, на минеральном фоне. При этом особая роль исследователями  отводится различным сульфидным соединениям цинка и слоистым глинистым материалам типа смектита.

Армендом Мулкиджаняном сформулирована гипотеза цинкового мира, согласно которой живые организмы некогда возникли и развивались в близком контакте с минералами на основе цинка — в сульфидах цинка.

Квантовые точки на основе сульфида цинка и также сульфида кадмия очень интересно взаимодействуют со светом. Они могут давать люминесценцию, фосфоресценцию и умеют при помощи света проводить всякие необычные реакции, например, восстанавливать углекислый газ до муравьиной, уксусной и других органических кислот. Кроме того, сульфиды цинка дают хорошую защиту от ультрафиолета, а в условиях древней Земли, лишенной кислорода и озонового слоя, это очень серьезный плюс.
 
Иначе говоря, сульфиды цинка могли давать первым добиологическим формам жизни и крышу над головой, и доступное питание продуктами минерального фотосинтеза — и стол, и дом.

Что же касается смектитов, то это только для человеческого глаза глина просто какая-то грязь и беспорядок. А вот на микроскопическом уровне это очень даже структурированная материальная система: правильные тонкие и длинные силикатные пластинки, между которыми есть пустоты толщиной примерно в две молекулы воды, куда идеально помещаются аминокислоты или нуклеотиды. Такие стесненные условия идеально направляют рост цепочек белков и нуклеиновых кислот.

Эксперименты показывают, что если к смектитам добавить даже очень разбавленный раствор со строительными блоками ДНК или РНК, то через несколько минут почти все они окажутся в таком глинистом осадке на дне лужи, а еще через некоторое время соединятся в небольшие цепочки нуклеиновых кислот.

Без такого упорядочивающего эффекта глин возникновение жизни на Земле было бы невозможно.

Судя по тем исследованиям, которые осуществили геологи, в древних горячих источниках сульфиды цинка могли соседствовать со смектитами, как до сих пор это происходит в грязевых котлах на Камчатке: растворенные в воде силикаты там конденсируются в очень мелкозернистую глину, идеально подходящую для накопления различных органических веществ. Так что, скорей всего, оба минерала вступили в игру одновременно. Сульфиды защищали от ультрафиолета и кормили продуктами минерального фотосинтеза, а смектиты создавали условия для самоорганизации молекул, а также  инициировали  обмен веществ, в силу своей способности катализировать многие реакции.

И что еще очень важно, "за отбор оптически активных (асимметрических) молекул могли отвечать как раз те пустоты в смектитах, в которые помещались только левые или только правые молекулы".

6.ВОЗНИКНОВЕНИЕ УНИВЕРСАЛЬНОЙ БИОЛИНГВИСТИКИ

Линейная выстроенность идентичных и квазиидентичных мономеров (к тому же однозначно упорядоченных в стереохимическом отношении) открыла возможность для дальнейшей химической эволюции. В порядке реализации этой возможности в природе определились с течением времени два «языка». С одной стороны, - четырехбуквенный нуклеотидный, включающий сравнительно несложные по своему строению нуклеотиды, содержащие азотистые основания аденин, гуанин (производные пурина), цитозин, урацил и тимин (производные пиримидина). С другой, - двадцатибуквенный аминокислотный, включающий двадцать важнейших (как мы теперь говорим применительно к существующей жизни) аминокислот, отвечающих общей формуле RCH(NH2)CH2COOH.

Организованные на линейной основе, эти разные языки не только нашли, но и сумели понять друг друга. А это открыло перспективу для своеобразной транслитерации - передачи текста, написанного с помощью одного алфавита, средствами другого, то есть возможности перекодирования линейной последовательности нуклеотидов в линейную же последовательность аминокислот. Двадцатибуквенный аминокислотный язык вошёл в смысловое понимание с четырехбуквенным, вступил с ним в кодовые отношения. Последовательность аминокислот в полипептидах стала опосредованно соответствовать последовательности нуклеотидов. Возникла универсальная биолингвистика, или, говоря математическим языком, произошло отображение одного множества в другое.

Симбиотически дополнив друг друга и утратив уже способность существовать и функционировать отдельно, эти две линейно организованные макромолекулярные структуры поделили между собой потоки информации (полинуклеотиды), вещества и энергии (полипептиды), которые в своем неразрывном единстве и составили фундаментальную основу принципиально нового вида материи. На этой основе и сложилась жизнь, ставшая формой существования белково-нуклеиновых систем.

При всем этом следует особо выделить то лидирующее положение, которое захватила в самом начале жизни полинуклеотидная нить. Тому способствовал целый ряд объективных причин и счастливых совпадений. У полинуклеотидной нити оказался данный ей от природы весьма стабильный и не капризный (в химическом отношении) характер, простое и предельно четкое пространственное строение: жесткий фосфатно-углеводный остов (рибоза у РНК и дезоксирибоза у ДНК), на который нанизаны собственно кодирующие элементы - азотистые основания. Она метаболически достаточно инертна, что очень важно для длительного и надежного сохранения сложившейся на определенном отрезке эволюции последовательности нуклеотидов, а значит, и закодированной в них информации. В то же время высокая способность к самоинструктированию (путем узнавания комплементарных звеньев) объективно предрасполагает полинуклеотидную нить к точному самокопированию (матричному воспроизведению) как исходного, так и измененного (мутированного) состояния, разумеется, при наличии необходимых для этого строительных материалов. Даже будучи in vitro, то есть в пробирке, содержащей в растворе полный набор нуклеотидов, молекулы ДНК и РНК (при соблюдении некоторых дополнительных условий) самоудваиваются и отделяют от себя готовые копии независимо от последовательности оснований, образующих исходную нить.

Кроме того, внешние поверхности нуклеотидов оказались способными к попарной пространственной взаимодополняемости (взаимному соответствию по принципу «ключ-замок») за счет образования в строго определенных местах вторичных водородных связей и взаимного притяжения спаренных оснований (по схеме а - т(у), г - ц), надежно противостоящих тепловому разрыву. Эта тенденция, известная теперь под названием «комплементарность», получила мощное и далеко идущее развитие. Она и привела, в конце концов, к двойной спирали ДНК со всеми вытекающими отсюда последствиями для будущей жизни.

Сочетая в себе одновременно такие экстраординарные способности (обусловленные, подчеркну еще раз, структурно-геометрическими и физико-химическими свойствами), нуклеотидный код приобрел (если только были другие возможные претенденты на эту роль) монопольное значение в природе вследствие своего превосходящего совершенства, а полинуклеотидная макромолекула стала в итоге универсальным и единственным на Земле носителем генетической памяти (от прокариот и вирусов до человека).

Отнюдь не пассивная роль выпала и на долю полипептидной нити. Однако её эволюция пошла в другом направлении. Выстроенные из аминокислотных остатков длинные полипептидные цепи приобрели тенденцию сворачиваться (конформировать) в неповторимые по своей замысловатости трехмерные макромолекулярные конструкции - глобулярные белки, в полном соответствии с той информацией, которая была предварительно закодирована в первичной (опять-таки линейной) последовательности аминокислот.

Химические свойства традиционных органических молекул (жиров, углеводов и тех же нуклеиновых кислот) воспроизводят свойства входящих в их состав мономеров и, следовательно, могут быть описаны предсказуемым набором реакций, соответствующих классической теории А.М. Бутлерова. Биохимику достаточно изобразить на плоскости цепочку уравнений - и смысл стоящих за ними событий будет понятен. С белками этот номер не проходит. Здесь на сцену выступает качественно новый фактор пространственной структуры. Функциональное (химическое) поведение изначально одномерной белковой системы стало всецело зависеть от её конечной трехмерной структурной организации. Ничего подобного природа ранее не знала. Эта очередная ее находка повлекла за собой беспрецедентный, потрясающий своей внезапной неожиданностью качественный скачок.
               
Глобулярные белки - это по сути дела уже автоматически управляемые программные системы, первые нанороботы, созданные по природной технологии. Им суждено было составить впоследствии гигантскую, практически неограниченную функциональную ёмкость: узнавание, катализ, регулирование, транспорт, структуризация, иммунозащита и многое другое. Сама генетическая нить с ее молекулярным текстом оказалась (к её же благу!) под непрестанной и неусыпной опекой различных белков.

7. БЫЛО ЛИ У ЭВОЛЮЦИИ ВРЕМЯ НА ЭВОЛЮЦИЮ?
 
Разрушение зеркальной симметрии, несомненно, произошло в самом начале жизни. И, следовательно, темпы этого события были достаточно стремительными (по космическим меркам даже мгновенными, как принято говорить в научной среде). Ориентировочно на это пошло до 10-15 млн. лет, что в 5 тыс. раз меньше предполагаемого возраста планеты. Естественно, возникает вопрос, достаточно ли столь «малого» времени на эволюционный сценарий?

Бытует мнение, сопровождающееся, как правило, ссылками на таких признанных научных авторитетов, как Ф. Крик (в биологии) и Ф. Хойл (в космологии), что жизнь на Земле вообще не имела времени на свою эволюцию. Элементарные математические расчёты (берущие в основу простой перебор вариантов) показывают, что число возможных комбинаций, необходимых для случайного синтеза только одного белка составляет 10 в восемнадцатой степени, а это на порядок больше числа секунд в 4,5 млрд. лет существования Земли. Аналогично была рассчитана вероятность появления в природе первой молекулы ДНК, построенной всего лишь из 600 нуклеотидов. Она составила 10 в четырехсотой степени. Иначе говоря, для получения такой молекулы требуется 10 в четырехсотой степени попыток! Отсюда сделано чисто формальное (математическое) заключение, что времени на перебор всех вариантов и закрепление наилучшего из них у эволюции не было.

«Вероятность синтеза одного белка будет такой же, как если бы мартышка, хаотически ударяя по клавишам пишущей машинки, случайно напечатала в итоге одну из трагедий Шекспира». «Синтез живой клетки так же невероятен, как сборка «Боинга» ураганом, пронесшимся над свалкой металлолома». Эти и другие, психологически весьма эффектные фразы, ставшие уже «притчей во языцех», до сих пор охотно и некритически перепечатываются и цитируются в самых различных изданиях.

Между тем, как мне думается, их давно уже следовало бы сдать в архив. Подобные скептические суждения есть результат традиционного линейного мышления, присущего классической ортодоксальной науке чуть ли не со времён Аристотеля и до сих пор доминирующего в её различных областях.

(Не будем только отождествлять и путать друг с другом "линейное мышление" и "линейный порядок" на молекулярном уровне (имевший, как мы видели в предыдущих разделах рассматриваемой темы, пусковое значение для эволюции материи в строну жизни). Это - два совершенно разных по содержанию понятия).

Главные установки линейного мышления: мир жёстко связан причинно-следственными отношениями; причинные цепи имеют линейный характер, а следствие если и не тождественно причине, то, по крайней мере, пропорционально ей; эволюция предопределена, она идёт поступательно, без альтернатив; по причинным цепям развитие может быть прочитано неограниченно в прошлое и будущее, оно ретросказуемо и предсказуемо, настоящее определяется прошлым, а будущее - прошлым и настоящим. Линейному мышлению присущ абсолютный детерминизм, который опирается на знание некоторых начальных условий в бесконечном числе точек.

Но вот ведь какая здесь незадача! В природе господствуют нелинейные системы, которые функционируют по другим законам и правилам (в математическом отношении они описываются сложными дифференциальными уравнениями, имеющими множество качественно различных решений). Линейные системы во всей их генеральной совокупности составляют лишь узкий класс. И, стало быть, линейное (моноказуальное) мышление становится принципиально недостаточным и даже совершенно несостоятельным в сложной нелинейной реальности.

Строгий детерминизм, которым так страдает линейное мышление, приводит к огромнейшей ошибке на финише (то есть в конечных состояниях системы) при ничтожно малых начальных возмущениях. В критической точке бифуркации системы решающее значение приобретает не поддающийся расчету случай, который «ненадёжен, но щедр». Несущественное и неважное может оказаться существенным и важным, что, говоря словами Н.Н. Моисеева, «лишает природу «корректности» (когда малым причинам отвечают малые следствия) и предсказуемости развития, на которой строилась вся математическая физика». И, стало быть, детерминизм удовлетворительно работает только на малых временных интервалах, в дальнейшем траектория движения системы выпадает из поля зрения.

Одно время считалось, что процессы бурного роста происходят по экспоненте. Однако нелинейность предполагает и сверхбыстрое развитие. Может возникать лавинообразный рост, происходящий в так называемом режиме с обострением, когда величина хотя бы на определённом временном отрезке изменяется по закону неограниченного возрастания за конечное время.

И, стало быть, вселенская эволюция вообще осуществляется не только методом проб и ошибок, не только (и даже не столько) перебором всевозможных вариантов, как это соответствует сложившимся стереотипам. Эволюция, по самому большому счёту, представляет собой нелинейный синтез, в ходе которого в системе (включающей не только однородные, но и разнородные, казалось бы, даже абсолютно несовместимые элементы) возникают новые, неожиданные (эмерджентные) свойства, несводимые к свойствам её отдельных частей. Эти новые качества кардинально изменяют и определяют дальнейшее поведение системы, в том числе инициируют ускорение её трансформации (которое закономерно происходит к тому же и после каждой бифуркации).

Все эти вместе взятые предпосылки сообщают нам уверенность в том, что на стереохимическую селекцию молекул, сопровождавшуюся разрушением их зеркальной симметрии, у природы было достаточно времени (миллионы лет, разве это мало, если весь химический состав Вселенной определился, по данным современной космологии, за первые 5 млн. лет от начала её существования?), изобретательности и «технических» возможностей. Так что пора ставить точку в этом затянувшемся дискуссионном вопросе.

Другое дело, мы до сих пор не знаем, почему жизнь выбрала для аминокислот левые антиподы, а для сахаров - правые. Почему именно так, а не иначе? Думается, однако, что и этот выбор был сделан неспроста и что квантово-химический подход рано или поздно даст ответ на этот вопрос.

Есть, однако, и другие, не менее интригующие загадки. В живой природе всё-таки отмечено, в порядке исключения, наличие D-аминокислот, находящихся в свободном состоянии или в составе коротких пептидов. Они выявлены, например, в клеточных стенках бактерий сибирской язвы (D-Glu), а также в составе пептидов кожи одного из видов южноамериканских лягушек, в которых найден D-Ala. И среди сахаров, оказывается, есть исключения. Это L-арабиноза бактерий, L-рамноза и L-сорбоза растений. Эти чрезвычайно интересные, на мой взгляд, факты почему-то ограничиваются в специальной научной литературе простой констатацией и остаются без внимания теоретиков, тогда как их объяснение могло бы пролить дополнительный свет на саму проблему жизни.
 
Как бы то ни было, эти факты уже свидетельствуют (причем с неожиданной стороны) не в пользу гипотезы Л.Л Морозова и В.И. Гольданского с их "Biologikal Big Bang".

8. ДИКТАТУРА ГЕНЕТИЧЕСКОЙ (ПОЛИНУКЛЕОТИДНОЙ) НИТИ

Здесь считаю необходимым еще раз особо выделить то лидирующее положение, которое захватила в самом начале жизни полинуклеотидная нить. Тому способствовал целый ряд объективных причин и счастливых совпадений. У полинуклеотидной нити оказался данный ей от природы весьма стабильный и не капризный (в химическом отношении) характер, простое и предельно четкое пространственное строение: жесткий фосфатно-углеводный остов (рибоза у РНК и дезоксирибоза у ДНК), на который нанизаны собственно кодирующие элементы - азотистые основания. Она метаболически достаточно инертна, что очень важно для длительного и надежного сохранения сложившейся на определенном отрезке эволюции последовательности нуклеотидов, а значит, и закодированной в них информации. В то же время высокая способность к самоинструктированию (путем узнавания комплементарных звеньев) объективно предрасполагает полинуклеотидную нить к точному самокопированию (матричному воспроизведению) как исходного, так и измененного (мутированного) состояния, разумеется, при наличии необходимых для этого строительных материалов. Даже будучи in vitro, то есть в пробирке, содержащей в растворе полный набор нуклеотидов, молекулы ДНК и РНК (при соблюдении некоторых дополнительных условий) самоудваиваются и отделяют от себя готовые копии независимо от последовательности оснований, образующих исходную нить.

Кроме того, внешние поверхности нуклеотидов оказались способными к попарной пространственной взаимодополняемости (взаимному соответствию по принципу «ключ-замок») за счет образования в строго определенных местах вторичных водородных связей и взаимного притяжения спаренных оснований (по схеме а - т(у), г - ц), надежно противостоящих тепловому разрыву. Эта тенденция, известная теперь под названием «комплементарность», получила мощное и далеко идущее развитие. Она и привела, в конце концов, к двойной спирали ДНК со всеми вытекающими отсюда последствиями для будущей жизни.

Сочетая в себе одновременно такие экстраординарные способности (обусловленные структурно-геометрическими и физико-химическими свойствами), нуклеотидный код приобрел (если только были другие возможные претенденты на эту роль) монопольное значение в природе вследствие своего превосходящего совершенства, а полинуклеотидная макромолекула стала в итоге универсальным и единственным на Земле носителем генетической памяти (от прокариот и вирусов до человека).

Совершенно естественно, что полинуклеотидная нить, в силу ее уникальных природных качеств, с самого начала захватила инициативу в новообразованной гетерогенной системе, подчинив задаче собственного существования и размножения все происходящие в ней процессы молекулярного метаболизма. В эволюции материи возник беспрецедентный случай, на который в свое время указывал еще Э. Шредингер: регулярное течение событий в природе никогда ранее не было следствием какой-либо одной упорядоченной, приведенной в систему группы атомов. Теперь же именно конкретная линейная структура привела в движение закономерные и динамические процессы, которые оказались в тесной связи не только между собой, но и с экологическими факторами внешней среды как источником материально-энергетических ресурсов, необходимых для протекания и воспроизведения этих процессов. Полинуклеотидная нить в полном смысле стала в природе неким мощным системообразующим фактором, приведшим в конечном итоге не только к созданию на Земле биосферы, но и появлению в ней человека.

Ни в коей мере не следует упускать из виду тот энергетический фон, на котором возникало и формировалось триумфальное шествие генетической нити. Помимо нуклеотидмонофосфатов, образовавших генетическую нить, огромное значение в судьбе грядущее жизни приобрели существующие в свободном состоянии макроэргические нуклеотиддифосфаты и нуклеотидтрифосфаты. Особенно важную роль приобрела аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) – универсальный аккумулятор энергии и непосредственный её источник для всех процессов жизнедеятельности. Запасённая в макроэргических связях (P-O-P) потенциальная энергия освобождается при гидролитическом отщеплении одной фосфатной группы и превращении АТФ в АДФ. Более того, эти соединения стали непосредственными предшественниками (исходным субстратом) для биосинтеза нуклеиновых кислот - ДНК и РНК. Образование и гидролиз АТФ происходят ныне во всех типах живых клеток непрерывно.

В этих условиях с самого начала установилась обратная (нашему стереотипному представлению, т.е. по человеческим меркам) иерархия и субординация. Низшее (оно же самое стабильное и детерминированное!) звено стало оказывать направляющее влияние на свойства и функции высшего. Иначе говоря, установилась жёсткая и обязательная к исполнению вертикаль власти, идущая, однако, снизу вверх, а не сверху вниз. Установилась диктатура генома. Смысл жизни оказался в полном подчинении от генетического смысла. Биологические процессы стали инициироваться и проистекать от изначальной (имманентной), объективно обусловленной способности генетической нити осуществлять конвариантную (по терминологии Н.В. Тимофеева-Ресовского) редупликацию.

Линейная последовательность нуклеотидов стала определять как функции, так и структуры жизни. Случайные (и неслучайные) изменения в нуклеотидном тексте (мутации) стали порождать (через систему молекулярно биологических и биохимических процессов) адекватные им новые биологические формы, закрепляемые естественным отбором уже целенаправленно, в соответствии с внешними требованиями. Сначала (если рассматривать исторически) в качестве одноклеточного организма, а затем позднее - и многоклеточного.
 
Вдумайтесь! Всякая новая индивидуальная жизнь начинается с того, что в первоначально единственной зародышевой клетке включается генокопировальная фабрика. В результате многоклеточный организм становится по мере развития и роста вместилищем растиражированного в миллиарды копий (по количеству образующих его клеток) в принципе одного и того же генома. А иначе и быть не могло: каждая новая клетка происходит от предыдущей (другого пути нет), причем запускается этот процесс посредством удвоения и последующего разделения генома, как и повелось с самого начала возникновения жизни на Земле.

Нуклеотидный текст стал изначальным проектировщиком, заказчиком и строителем одновременно. Совершенствуясь, он модернизирует и свою вспомогательную инфраструктуру, ни на шаг не отступая при всем этом от своего эгоистического принципа самовоспроизведения.
 
Поймите! Именно в это русло (в эти «узкие врата») была втиснута с самого начала биологическая эволюция. Именно в этом ключе земная жизнь, меняясь во времени, по сути дела, только в лицах, неуклонно гнёт свою линию от возникновения первой прокариотной клетки до сегодняшнего дня.

Достижения современного естествознания не оставляют сомнения в том, что на ранних этапах предбиологической эволюции всецело господствовали наиболее простые РНК-подобные полинуклеотиды, способные не только к репликации, но и к самокатализу (о такой способности свидетельствуют, в частности, функционирующие ныне в живой клетке рибозимы), а также хранению и передаче наследственной информации, организации последовательности аминокислот при синтезе белков. Широкое участие различных РНК в современных внутриклеточных процессах в свою очередь может быть расценено как остаток частично сохранившейся машинерии древнейших времен, когда молекулы РНК были единственными «молекулами жизни» и контролировали все жизненные процессы. Разделение функций между РНК и ДНК произошло позднее, и это стало крупным прогрессивным шагом эволюции, закрепленным естественным отбором. Как бы то ни было, в начале жизни, выходит, и в самом деле было слово. Но словом этим стал линейно организованный ген. Иначе говоря, извечный каверзный вопрос, «что было в начале: яйцо или курица?», получает в этом свете вполне определенный ответ: в начале было яйцо (то есть, надо понимать, первозданный ген).

Наши разум и чувства не готовы примириться с мыслью о том, что всякая живая плоть, именуемая целостным индивидуальным организмом, которая ходит по земле (а также ползает, плавает, летает, наконец, думает и разумеет) и внешне кажется нам вполне, особенно если говорить о нас самих, самодостаточной и самодовлеющей, выполняет по сути дела вспомогательную роль некой оболочки генома, его «производственной инфраструктуры». Пребывая в ней, геном строит ее под себя в соответствии со своими прихотями, поддерживая адекватный ему порядок, время от времени перестраивает ее в соответствии со своим измененным (мутированным) состоянием, используя для этого выработанное в процессе эволюции непостижимое множество тончайших и чрезвычайно эффективных энергетических, биохимических и молекулярно-биологических механизмов. Тому, что мы называем целостным организмом, отведена еще разве что роль добытчика пищи и распространителя генов в жизненном пространстве (в виде семян, спор, различных зародышей и т.п.) с целью его максимального освоения ими. В этом свете извечный и мучительный для нас вопрос о смысле жизни получает простой и весьма прозаический (в естественнонаучном отношении) ответ: смысл жизни состоит в жизни генетического смысла.

Жизнь есть генократия. Совокупный генетический фонд правит бал на планете Земля. Безудержное стремление всех ныне существующих организмов к размножению, вызывающее всеобщее наше удивление (а также восхищение и недоумение), непрерывное и неустанное созидание и разрушение живого вещества, возникновение новых биологических форм в процессе эволюции, наконец, слаженное функционирование всей биосферы как глобальной экосистемы (разумеется, в рамках материально-энергетических ресурсов и других возможностей Земли) - все это инициируется и проистекает от изначальной (врожденной) способности генетической нити осуществлять конвариантную редупликацию.

В дискуссиях вокруг генетической инженерии и проблемы ГМО (хорошо ли это или плохо, полезно или вредно, нравственно или безнравственно и т.д.) мы, кажется, еще не осознали главного. В эволюции биосферы ныне, на наших глазах свершился очередной, быть может, даже беспрецедентный в масштабах Вселенной поворот. Разум, будучи сам порождением эволюции, став на определенном ее этапе планетарной силой, восстал против диктатуры генома. Скрытый, невидимый и таинственный ген всегда управлял нами снизу. Теперь мы дерзновенно замахнулись управлять им сверху (чтобы он в свою очередь лучше управлял нами, но опять-таки снизу!). Лозунг «мы не можем ждать милостей от природы» становится в этой связи вновь и, как никогда ранее, актуальным.
Другое дело, что человечество отправилось тем самым в новое, неведомое и, безусловно, рискованное плавание. И никто наперед не знает, в какую гавань оно себя приведет. Но соблазн велик, критическая точка бифуркации уже пройдена, «джин выпущен». А это значит, что назад пути нет.

9. ЛИНЕЙНЫЙ ПРИНЦИП БИОЛОГИЧЕСКОЙ АРХИТЕКТОНИКИ

Слово «материя», в переводе с латинского, буквально означает вещь, вещество (то есть нечто такое, что можно ощутить, потрогать, измерить). В философском смысле – это объективная реальность, отображаемая нашим сознанием. В естественнонаучном понимании – вещественная основа, которая образует физические тела, и которая имеет, стало быть, определенное строение. Но есть и другой, текстильный оттенок этого слова, когда оно подразумевает какую-то связанную из нитей ткань. Это может быть обыкновенная хлопковая материя, но может быть и шёлковая, льняная, шерстяная, синтетическая…

Так вот, живая материя, помимо того, что о ней уже много сказано в научных и философских категориях и терминах, есть, прежде всего, материя именно в этом, текстильном смысле. Дело в том, что всякая живая плоть сконструирована, как и текстильная ткань, из нитей (главным образом белковых и целлюлозных) и, следовательно, она имеет матерчатую структуру. Живая материя в физико-механическом отношении есть по существу не что иное, как биологический текстиль.

В поисках специфических (или, как еще говорят, атрибутивных) признаков жизни, которые можно было бы противопоставить неживой природе, остался совершенно без внимания реальный, в принципе весьма простой и к тому же вполне доступный для наблюдения факт. От механического удара твердый камень дробится на части, а какая-нибудь мягкая биологическая плоть в этой ситуации, напротив, сохраняет свою целостность, лишь по месту приложения силы могут возникать (как это хорошо известно каждому из нас с раннего детства) некоторые локальные дефекты. Налицо диаметрально противоположное отношение к прочности как способности сопротивляться разрушению под действием внешних нагрузок (ими обычно являются растяжение, сжатие, изгиб).

Все биологические тела от мала до велика построены, в отличие от широко распространенных в природе кристаллических минералов, из линейно (одномерно) организованных элементарных единиц материи, длина которых многократно превышает поперечные размеры, а именно - из полимерных нитей (например, коллагеновых или целлюлозных). Будучи достаточно длинной, тонкой, эластичной, полимерная нить способна, изгибаясь, повторять и описывать любые геометрические формы и очертания. Она чрезвычайно предрасположена к прочному сцеплению и переплетению с себе подобными, что открывает путь к безграничному пространственному формообразованию. Из нити можно сделать (то есть связать) всё. И природа не прошла мимо такой замечательной возможности. Нематоморфизм (от греч. nema - нить) и текстуральность (от лат. texo - тку, сплетаю и textum - ткань) приобрели в построении биологических систем, если говорить языком физики, не только ближний, но и дальний порядок.

Подлинное царство (микрокосм) нитей открывает нам, прежде всего, содержимое всякой живой клетки, которое ассоциируется нами (вслед за Ж. Бюффоном и В.И. Вернадским) с так называемым живым веществом. Внутриклеточные нити (система цтоскелета, микрофибриллы и микрофиламенты, тончайшая кисея гиалоплазмы) причудливо преплетаются между собой, соединяются и разъединяются в определенном, сложно организованном порядке, образуя в совокупности многомерную, непостижимо запутанную сеть. Построенные в таком ключе элементарные ячейки жизни соединяются между собой в «государство клеток» (как сказал бы Р. Вирхов) нитями внеклеточного матрикса, образуя ткани. А те в свою очередь интегрируются аналогичным образом в органы и системы органов, так что в итоге получается связанный из нитей целый организм.

Текстуральный принцип структурной организации живого имеет глубокий физический смысл. Выполненная из нитей конструкция внутренне противоречива, в ней органически сочетаются противоположные начала - дискретность (отдельных нитей) и непрерывность (системы в целом). При ударе по минеральному кристаллическому монолиту механическое напряжение концентрируется в месте образования первичной трещины, которая мгновенно разрастаясь и ветвясь, приводит его к разрушению. В отличие от этого, переплетенные между собой полимерные нити, интегрирующие биологическую плоть в единое целое, способствуют рассасыванию напряжения (возникающего по месту приложения силы) и перераспределению нагрузки на соседние элементы. Так что дефект, приведший к разрыву отдельных нитей, не приобретает угрожающих размеров. Он тотчас угасает и локализуется по месту первичного образования. Каждая нить (и даже ее отдельный, зажатый между двумя точками участок) будучи частью единой связной системы, в то же время сохраняет свою физическую индивидуальность и, следовательно, ее разрыв отнюдь не влечет за собой разрушения всей конструкции. Сплетенный из нитей трос гораздо прочнее эквивалентного ему по массе монолитного стержня (к тому же он обладает высокой и легко обратимой гибкостью в силу свободного скольжения друг относительно друга образующих его элементов).

Вот почему, соударяясь с твердыми телами и друг с другом, падая и ушибаясь, вступая в физическое единоборство, преодолевая сопротивление воздушных и водных потоков, меняя в зависимости от обстоятельств внешние очертания, живые существа (поначалу, исторически представленные единственной клеткой) не распадаются на части. В противном случае жизнь уже по этой только причине (сугубо механического, структурного свойства!) была бы в земных условиях абсолютно невозможна. И, следовательно, мы имеем все основания отнести нематоморфизм и текстуральность, эти фундаментальные принципы биологической архитектоники, к числу атрибутивных в понимании сущности жизни.

Происхождение этих принципов вполне объяснимо. Будучи порождением линейного порядка, белково-нуклеиновая функциональная система неуклонно поддерживает и бесконечно воспроизводит его в себе. В процессе репликации, транскрипции и трансляции на линейно организованной матричной основе нить порождает и множит нить. Сходящие с матриц элементарные фибриллы собираются в нити более высокого ранга (аналогично тому, как в текстильном производстве из коротких и сравнительно тонких волокон формируется пряжа). На их основе в конечном итоге и создаются (кристаллизуются) различного размера белковые структурные нити.

(Наряду с этим вторично, но уже на ранних этапах существования биосферы приобрёл грандиозное по масштабам своего выражения биосинтез линейных полисахаридов, которые получили главным образом строительное значение. У растений - это целлюлоза (в общей массе органических соединений биосферы она заняла с течением времени первое место), а в мире гетеротрофных организмов (членистоногие, грибы и др.) - целлюлозоподобный хитин.)

Жизнь – это бесконечный и непрерывный процесс прядения и вязания. Всякая живая система, даже самая малая, стала по сути дела грандиозной текстильной фабрикой, а её продукция – единственным и универсальным строительным материалом самой живой субстанции. Кирпичи, из которых строят здание, скрепляют между собой цементом. Детали автомобиля соединяют нарезными болтами и гайками. Что же касается биологических конструкций, то все они завязаны нитью. Более того, если бы нам удалось разобрать до конца какую-либо часть живой плоти на составляющие её элементы, то от нее не осталось бы ничего, кроме различного рода нитей. Все живое из нити и от нити. Все живое есть связка, клубок нитей. И только потому мы не замечаем в обыденной жизни существования этой реальности, что биологические нити либо слишком тонки, либо к тому же еще и плотно упакованы.

Если бы удалось разобрать до конца какое-нибудь существо (или хотя бы его часть) на структурные составляющие (подобно тому, как мы это делаем порой, распуская связанный из пряжи свитер), то от него, естественно, не осталось бы ничего, кроме различного рода нитей. При внимательном анализе разобранного материала мы бы увидели, во-первых, что нити эти главным образом двух типов - белковые и углеводные. Во-вторых, что нити различаются по толщине. В третьих, что они устроены иерархически, по матрёшечному (фрактальному) принципу: нити большего диаметра последовательно расщепляются продольно на нити меньшего диаметра вплоть до линейных макромолекул, с которых начиналось их формирование. Наконец, в четвёртых, что все мономеры образующие нити, только левые (в случае белковых нитей) и только правые (в случае углеводных).

Проще всего осуществить разборку на составные линейные элементы, конечно, вирусов, микроскопическое тело которых состоит всего лишь из двух видов нитей. Находящаяся в центре полинуклеотидная нить (ДНК или РНК, одноцепочечная или двухцепочечная) заключена в полипептидную оболочку-капсид. И, следовательно, вся задача по разборке сводится к тому, чтобы распустить на составляющие нити именно этот капсид, последовательно извлекая белковые субъединицы и разматывая их. Что же касается субвирусных частиц, так называемых вироидов, то с ними и вовсе не требуется никакой разборки, поскольку они лишены капсида и представлены только однонитиевой РНК (возможно, в некоторых случаях и ДНК), которая способна автономно реплицироваться в инфицированных хозяйских клетках. Как видим, при всей своей простоте и функциональной специфике, вирусы несут в себе все признаки биологической архитектоники, присущие одноклеточным и многоклеточным организмам, то есть живой материи вообще.

Объясняя, как устроен организм на уровне элементарной ячейки жизни, знаменитая клеточная теория (сформулированная ещё в первой половине девятнадцатого столетия), не дает представления о структурной организации собственно живого вещества, живой материи как таковой, и ныне уже не может считаться достаточной в контексте теории жизни. В основе жизни, включая и тот ее случай, когда целый организм представлен всего лишь одной клеткой, лежат иные принципы -   более глубокого, тектонического (греч. tektonike - строительное искусство, archi – старший, главный, первоначальный) порядка. Это нематоморфизм - нитеобразие, нитеподобие, нитеформие и порождённая им текстуральность - конструирование (вязание) живой материи из нитей. Этим принципам подвластны даже такие мельчайшие, субмикроскопические существа, как вирусы, которые, будучи живыми организмами, никак не вписываются в классическую клеточную теорию в силу своей морфо-функциональной специфики.

10. ЖИЗНЬ: СВОБОДА В ОБЪЯТИЯХ ПАУТИНЫ

«Жизнь есть одушевленная вода». Этот афоризм Э. Дюбуа-Реймона, говорят, очень нравился В.И. Вернадскому. В самом деле, высшие формы жизни содержат воду в количестве 80 - 85% от общей массы, низшие - 95 -98% и даже более, причем основная ее часть не связана с живым веществом химически. Нет на Земле горной породы, которая обладала бы такой влагоемкостью. И можно ли тогда живое вещество называть живым, если оно состоит главным образом из воды?

О значении воды для жизни, казалось бы, знаем всё. И, тем не менее, когда говорим: «без воды нет жизни», «вода - универсальный биологический растворитель», «внутренняя среда жизни» и т.п., понимаем ли, о какой воде идет речь?

Известны три агрегатных состояния вещества, и это в полной мере относится к воде, - твердое, жидкое и газообразное (плазма в данном случае не в счет). Так вот ни то, ни другое, ни третье не могут претендовать на внутреннюю среду жизни, они абсолютно неприемлемы для нее. Твердое - ввиду того, что его атомы слишком жестко связаны друг с другом и недалеко колеблются около своего центра. Жидкая, а тем более, газообразная фаза, напротив, слишком неустойчива относительно тепловых флуктуаций. В них происходит беспорядочное движение атомов, что исключает саму возможность существования и стабильного функционирования сложных молекулярно-биологических структур. Живое вещество по определению не может быть как жестким, так и свободно текучим, оно должно быть в меру подвижным и лабильным. И, следовательно, только то относительно вязкое состояние воды, к которому применимо слово «консистенция», пригодно для жизни. Но как же достигается это совершенно необходимое для жизни состояние?

А достигается оно очень просто и технически на редкость эффективно с помощью все тех же полимерных микронитей. Оказавшись в водной среде даже в ничтожно малом количестве (сотые доли процента от ее массы), полимерные микронити (они настолько тонки, что отношение длины к поперечным размерам идет у них на сотни тысяч и даже на миллионы, и в силу таких пограничных между макро- и микромиром размеров они находятся еще во власти законов классической физики, но в то же время способны порождать квантовые эффекты) соединяются друг с другом и переплетаются во всех направлениях, собираясь в очень густую и объемную сеть. Жидкая вода при этом удивительным образом преображается. Застряв в ячейках сети, она теряет присущую ей подвижность, лишается текучести и приобретает вдруг (в положительном интервале температур!) непривычные для жидкости свойства твердого тела: жесткость, упругость, пластичность, способность сохранять заданную ей форму и т.д. Иными словами, вода переходит в совершенно иное, по сути дела четвертое агрегатное состояние, среднее между жидким и твердым. Она приобретает благоприятную для жизни консистенцию!

Именно в таком качестве существует ныне цитозоль (он же клеточный матрикс, или гиалоплазма, или внутренняя среда) - основная по массе и объему часть каждой живой клетки. При специальных методах исследования цитозоль (его нетрудно выделить в чистом виде путем последовательного центрифугирования гомогенатов клеток) выглядит как густая трехмерная сеть, которая составлена из тонких (2 - 3 нм) фибрилл, пересекающих цитоплазму в различных направлениях и охватывающих все внутренние образования: микротрубочки, различные вышеупомянутые нитевидные структуры, мембранизированные органеллы и цитоплазматическую мембрану. Ячейки сети заполнены иммобилизованной водой, в местах пересечения ее нитей сосредоточены группы рибосом.

В лабораторной практике, посвященной изучению внутриклеточных биохимических процессов, оперируют, как правило, водными растворами реагентов по традиции, унаследованной от общей химии. Здесь бытуют такие понятия, как концентрация, растворимость, pH и тому подобные параметры, выработанные в свое время применительно к водным растворам. Клеточный транспорт по-прежнему рассматривается как процесс переноса комплекса молекул через водную среду. Но такой воды, которая присутствует в пробирке (где господствуют законы диффузии и беспорядочного теплового движения молекул, где все тяжелое самопроизвольно оседает, а легкое всплывает на поверхность и т.д.) в живой клетке на самом деле нет.

Текстурально иммобилизованная внутриклеточная среда по своим физическим свойствам радикально отличается от водных растворов молекулярных соединений, о которых написаны все учебники по биохимии. В ней значительно нарушено соотношение сил в сравнении с тем, что наблюдается в пробирке. В частности, гравитация мало ощутима (и это очень важно для жизни, в противном случае внутриклеточные структуры постоянно осаждались бы из раствора, что накладывало бы существенные и трудно преодолимые ограничения на возможность ее существования и эволюции).

А не происходит так оттого, что все внутриклеточные элементы, субъединицы и агрегаты (даже те их них, которые традиционно считаются водорастворимыми) не плавают свободно в жидкости, как это имеет место в экспериментальных водных растворах полимеров, а преимущественно закреплены на нитях цитоскелета (они буквально застряли в его сетях), что не может не сказаться самым существенным образом не только на их подвижности и положении в пространстве, но и на самих реакционных способностях.

Более того, структурные соединения в клетке не диффундируют свободно к пункту назначения, а принудительно (на поводке, на привязи) доставляются точно по адресу (в нужное время и в нужное место) посредством актин-миозиновой канатной почты. Один конец транспортной нити наращивается в направлении движения груза за счет присоединения все новых единиц (сегментов) белка, другой соответственно укорачивается. И хотя общая длина нити не меняется, она (и все, что на ней закреплено) движется в заданном направлении, как белье на прищепке. Канатные дороги пронизывают вдоль и поперек всю клетку.
 
Наконец, следует учитывать и то важное обстоятельство, что в цитоплазме очень мало повторностей биологических молекул определенного вида, тогда как все выводы классической химии приобретают смысл и вероятностное значение только на фоне больших чисел.

А коли так, реальная химия клетки весьма далека от той, что излагается в университетских курсах. Это нечто принципиально иное. Это во многом еще не понятая нами химия текстурально иммобилизованных макромолекулярных соединений, несомненно, представляющая одно из специфических (атрибутивных), но не получивших соответствующего их значимости научного понимания, качеств жизни.

Не буду, однако, углубляться в дальнейшие подробности. В контексте рассматриваемой мною проблемы важно понять следующее: цитозоль являет нам архаический образ преджизни, то состояние, которому суждено было стать изначальной внутренней средой жизни. В далеком геологическом прошлом союз воды и нити открыл на Земле новые возможности для дальнейшей самоорганизации материи, он создал определенные и совершенно необходимые предпосылки к биологической эволюции.

Во-первых, осуществилось столь необходимое для грядущей жизни фазовое обособление, индивидуализация и мембранизация материальной предбиологической системы (будь то коацерваты Опарина или протеидные микросферы Фокса) от окружающей среды (обитающая в воде амеба-протей почти на100% состоит из воды, но это уже не вода, а «элементарная ячейка жизни»). Во-вторых, наметилось становление упомянутой внутренней среды. В-третьих, появились присущие жизни зачатки метаболизма и гомеостаза (особенно если в роли нитей выступают полипептидные молекулы). В общем, сложились предпосылки для образования первичной «сомы» (если следовать в расширительном значении несколько забытой терминологии А. Вейсмана). Это, конечно, еще не жизнь и даже не преджизнь. Но это уже благоприятная предбиологическая почва, на которую могли бы упасть некие семена (некая «зародышевая плазма»), чтобы дать жизнь.

В то же время мы приходим на основании изложенного к еще одному парадоксальному заключению общебиологического порядка: физико-механическая идея, заключенная в банальной паутине (которая как-то незаметно заводится во всех углах наших комнат), имеет фундаментальное значение для жизни, включая и само ее происхождение. Живое вещество биосферы, которое совершенно не мыслится без движения, способно существовать и реализовать себя только в тесных, сильно сковывающих его объятиях паутины. Биологическая свобода (если иметь в виду весь комплекс функциональных процессов внутриклеточного метаболизма) может осуществляться только в рамках определенной (текстурально обусловленной и регламентированной) несвободы, динамика - в рамках статики (то есть, нематостатики). Жизнь есть свобода в объятиях паутины!

А теперь, в нескольких словах, о глобальной ловчей сети биосферы Земли.
Грандиозным по своим масштабам и качественно новым проявлением паутинного принципа, его подлинным триумфом явилось на определенном этапе эволюции биосферы заключение в сеть ни много, ни мало - поверхностного слоя континентальной коры выветривания. Охваченный ею, этот слой приобрёл все признаки соединительнотканного или даже кожного строения. Он пронизан (прошит, переплетён, простёган) множеством разнообразных по величине биогенных нитей. В их роли выступают уже непосредственно организмы, точнее говоря, экоморфологические образования высших автотрофов, а также грибов и водорослей. Масштаб другой, но физико-механическая суть всё та же. Да и устроены внешние макроскопические нити (как и те, что образуют организм) иерархически, по фрактально-матрёшечному принципу. Они так же разложимы на линейные элементы в порядке уменьшения их толщины, вплоть до элементарных целлюлозных волокон, построенных, кстати, только из правых мономеров.

С проникновением биологической нити в земную твердь текстуральный принцип интеграции биологических систем становится средообразующим фактором глобального, поверхностно-планетарного масштаба. В тесных объятиях «паутины» поверхностный слой континентальной коры выветривания, образованный из неустойчивых частиц мелкозёма, стабилизируется. Он теряет свою подвижность, неизбежно возникающую всюду в земных условиях под действием воздушных и водных потоков. Тем самым создаются совершенно беспрецедентные для прошлой истории биосферы и крайне необходимые условия для прогрессивной эволюции долгоживущих запасов складированного почвенного плодородия (прямо по месту их первичного образования). Этот бесценный ресурс представляет собой материальный фундамент нынешней биосферы: от него питаются и функционально зависят не только все наземные, но в конечном итоге - и океанические формы жизни. Без «паутины» почвообразование прерывается и эволюция поверхностного слоя материнской горной породы всецело переходит в категорию энтропийных геологических процессов.

Методично разрушая текстуральную основу почвенного покрова (с тех пор, как деревянная соха впервые коснулась земли) и, теряя его, мы всё больше убеждаемся на горьком опыте в том, что ловчие сети имеют принципиальное, основополагающее значение не только для живого вещества, но и для биосферы Земли как глобальной экосистемы.

11. ЛИНЕЙНОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ПРИРОДЫ

Как было сказано выше, ныне человек бросил Природе небывалый по своей дерзости вызов. Приступив (на линейном микроуровне) к реализации безумно соблазнительной идеи генетической инженерии, он замахнулся на то, что раньше всецело было прерогативой Природы. Словно и не было предупреждения: «во многой мудрости много печали».
Но что же мы видим на макроуровне? «Работа на линии» здесь идет, оказывается, тоже полным ходом. Более того, она успела зайти так далеко, что давно уже стала явлением глобального (биосферного) масштаба. Однако это обстоятельство остается как бы незамеченным в смысле научного понимания и концептуального обобщения. Надо восполнить этот пробел.

Почему в мировой земледельческой практике с давних пор и по сие время применяют на полях главным образом линейное (очередное, строчное, рядковое) размещение культурных растений? Да потому опять же, что одномерный порядок не только позволяет человеку дозировать расход семян, одинаково заглублять их в почву и получать тем самым относительно дружные всходы, но и дает возможность с наименьшими затратами труда и времени «считывать» и постоянно контролировать посевы (формировать их оптимальную густоту, выбраковывать нестандартные растения, проводить фитосанитарные мероприятия, периодически рыхлить в междурядьях почву, вносить удобрения и т.д.). То есть осуществлять всю необходимую технологическую систему ухода за сельскохозяйственной культурой вплоть до уборки урожая, особенно при использовании соответствующих этим операциям машин.

В специальных энциклопедиях и словарях вы не найдете, однако, термина «линейное земледелие». Хотя мировое земледелие по всем статьям является именно таковым. Более того, оно давно уже вошло в состояние глубокой линейной зависимости. Приобщение живых организмов к «строевой дисциплине», линейная стратегия и тактика насквозь пронизывают это наиважнейшее занятие человека.

Дикорастущие фитоценозы, которым было свойственно самопроизвольное, стохастическое пространственное распределение растительных индивидуумов (они всегда предпочитали «ходить» толпой, а не строем), к настоящему времени всюду оттеснены человеком. Их прибежищем теперь остались главным образом неудобья и малопригодные для земледелия участки ландшафта. На освобожденной от естественной растительности обширной территории континентов создан особый - упорядоченный, линейно выстроенный (да к тому же еще и расчерченный системой опять-таки линейных лесополос) мир культурных растений, чего ранее на Земле никогда не было.

Людям от этой геометрии, казалось бы, только польза. Налицо экономические и технологические выгоды. Но что приобрела биосфера в результате навязанного ей (в данном случае искусственно) линейного порядка? Как отнеслась Природа к новому наряду «в полоску», что почувствовала, а главное - насколько велико ее терпение к столь необычному и сравнительно недавнему в геологической шкале времени явлению? Особенно если учесть, в каком состоянии оказался в результате этого преобразования главный источник плодородия -планетарный почвенный покров. Это живую кожу Земли люди методично и хладнокровно, почитая за благо и соревнуясь друг с другом, изобретая все более изощренные приспособления и методы, полосуют стальными ножами тракторного плуга, оставляющими за собой длинные, глубокие (и опять-таки линейные!) борозды. И хорошо еще, если те идут поперек склона. Но, как показывает практика, тяжелой и громоздкой сельскохозяйственной техникой удобнее управлять, когда она ориентирована в своем движении вдоль склона. В результате такой пахоты открывается путь быстротекущей дождевой или снеговой воде, которая, следуя по нарезанной борозде вниз с нарастающим ускорением, без труда размывает на своем бегу разрушенную почвенную массу и выносит ее в конечном итоге в океан. Сама же борозда при этом превращается нередко в тяжелую рану Земли - овраг. Линейное земледелие открывает путь для линейной эрозии почв.

Думается, именно в этом обстоятельстве заключен, прежде всего, подлинный смысл расхожего понятия «рискованное земледелие». Линейное   земледелие   даже в самых благоприятных по климату регионах планеты в принципе, по определению, не может быть не рискованным. Ибо оно разрушительно для почвенного покрова уже в силу линейного принципа обработки земли.

Рукотворная проблема линеаризации ландшафтов давно ждет исследователей разного профиля – экологов, ботаников, зоологов, биогеоценологов, почвоведов, ландшафтоведов, специалистов в области земледелия. Только совместными усилиями можно осуществить всеобъемлющее научное осмысление этого феномена, быть может, и понятного для практичной человеческой души, но странного для биосферы. Ввиду его истинно планетарных масштабов нельзя больше медлить с этим. Если, конечно, мы действительно хотим не только понять скрытые от нашего взора и стремительно нарастающие тенденции в эволюции нынешней биосферы, но и увидеть перспективы своего дальнейшего пребывания в ней.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Буду предельно краток.

Все живое завязано нитью. Все живое из нити и от нити.  Все живое шито нитью. Все живое есть связка, клубок нитей. Живая материя есть биотекстиль.

Жизнь – безусловно, процесс. Но в начале жизни была положена (а затем проникла во всю ее плоть и суть), все-таки, линейно организованная материальная микроструктура. Нить и линейный порядок есть альфа и омега жизни.
Жизнь – безусловно, свобода, но свобода в тесных объятиях паутины.

Жизнь есть литературное произведение природы, написанное линейной строкой молекулярного генетического текста. Что бы ни говорили, пытаясь дать наиболее подходящее определение феномену жизни, но жизнь (если иметь в виду ее единственное, достоверно известное нам состояние) - это самоорганизующаяся природная система, в основу которой положена линейная строка генетического текста, или, попросту говоря, генетическая нить. 
Смысл жизни (о котором мы так любим отвлеченно рассуждать) состоит в жизни генетического смысла.

Структурно-морфологический (текстуральный) подход к пониманию природы живой материи позволяет нам по-новому взглянуть на главную интригу, главную загадку жизни – ее оптическую асимметрию. Разрушение зеркальной симметрии на молекулярном уровне было вовсе не случайным, как до сих пор принято считать в науке, а совершенно необходимым для жизни. Оно имело фундаментальный биологический смысл. Оно было продиктовано линейной доминантой, которую природа изначально положила в основу конструирования и функционирования живой материи.
Линейный принцип конструирования жизни – причина, а оптическая асимметрия – следствие.

Ну, а если более подробно и детально, то все это в моей публикации (написанной, кстати, тоже линейной строкой литерного текста!).