Хаос. Нелинейная динамика

Одна из самых волнующих загадок современной науки связана с таким свойством аминокислот и сахаров, как хиральность, иначе говоря, асимметрия, или оптическая изомерия.

Kак правая и левая pука: при одном и том же наборе пальцев они не совпадают, как не совпадают наши кисти, и вряд ли у вас получится натянуть перчатку, предназначенную для левой руки, на правую. При этом обе формы аминокислот (они называются L- и R-изомерами) с точки зрения химии равноправны и, к примеру, при обычном органическом синтезе получаются в равной смеси.

Но в природе все не так: все aминокислоты из которых построены белки всех живых организмов относятся к L- изомерам (исключения можно буквально пересчитать по пальцам), а сахара - к D-изомерам. Более того, свойства белков полностью определяются их пространственной структурой, и в условиях смеси аминокислот разной хиральности жизнь вообще не была бы возможна. Однозначного объяснения этой странности не существует.

Недавно на этот счет было высказано довольно интересное предположение: первоначальные "кирпичики жизни", занесенные на Землю на борту какого- нибудь астероида, долго путешествовали по космосу. Там они подвергались воздействию излучения, в том числе - и поляризованного, которое испускают нейтронные звезды. На него вещества разной хиральности отвечают по-разному, так что, когда "зародыши жизни" прибыли на нашу планету, они несли уже в себе "зародыши хиральности". Подробнее эту гипотезу мы разбирали в заметке "Влияние звезд". Однако стоит заметить, что она подразумевает тот факт, что жизнь была, все-таки, занесена из космоса.

А вот кубинские ученые во главе с Ф Л Фалконом (F L Falcon) недавно высказали другую идею, истоки которой лежат куда ближе к Земле. Они предложили рассмотреть сценарий, в котором смесь оптических изомеров аминокислоты растворена в воде с температурным градиентом - как, например, в геотермальных источниках.

Восходящие течения поднимают молекулы аминокислоты вверх, где они образуют кристаллы. Однако кристаллы разных оптических изомеров аминокислот (Фалкон рассматривал пример аланина) обладают слегка разными свойствами - L-аланин образует, в среднем, кристаллы чуть более крупные. Это, по мнению ученого, создавало большую площадь, на которую воздействовали восходящие потоки, и позволяло этим кристаллам подниматься выше, к еще более прохладной воде, вырастая еще крупнее.

В конце концов размеры кристаллов L-аланина становились такими, что течение уже не могло удерживать их в верхних слоях воды, и они опускались в более теплые глубины, снова растворяясь. Но, будучи более крупными, они растворялись медленней, чем кристаллы D-аланина, и снова вовлекались в процесс. Таким путем все большее количество L-аланина переходило во все более крупные кристаллы - этот механизм известен под названием переконденсации.

Все это приводило к тому, что содержание L-аланина в растворе падало, и в нем все больше доминировал D-аланин. Равновесие между изомерами оказывалось нарушенным, и часть молекул D-аланина в результате эпимеризации переходило в L-форму. Цикл возобновлялся, в конце концов приводя ко все более чистому L-аланину.

Несмотря на видимую сложность этой схемы, она достаточно проста, а главное - не требует никаких сложных условий, достаточно иметь воду с температурным градиентом и растворенную в ней в определенной пропорции смесь оптических изомеров аминокислот.

Иcт: Пoпулярная мeханика