Михаил Кутушов - Зеркальные болезни. Рак, диабет, шизофрения, аллергия
Все вещества, служащие основой для построения живых систем, обладают пространственными особенностями структуры, которые проявляются на всех ступенях развития от атомов до живых организмов, и проявления эти особенно видны в неравноправии правых и левых форм. В основном все живые существа состоят из мезоморфной фазы жидких кристаллов. Внутри этого состояния они находятся между анизотропной и аморфной жидкостью. В свою очередь эти структуры неоднородны и уложены так, что все вместе (палочки, винты, слоистые структуры) образуют двумерную жидкость. Естественным образом энергия таких систем достаточно четко организована и периодически находится в когерентном состоянии. Но Живое вещество это не только жидкие апериодические кристаллы. В его состав входят газы, ионизированные газы, ионы, низкотемпературная плазма, радиоактивные вещества, твердые кристаллы и структурированная вода. Стратегически оно разделено на две неравные половины. Дуализм, так сказать. Если мы спросим физика, что такое диссимметрия, он ответит, что это свойство вещества вращать плоскость поляризации в ту или иную сторону. Математика — объект, не имеющий центра и плоскостей симметрии. Химик отметит принципиальную возможность спонтанного нарушения симметрии и то, что это возможно на уровне монокристаллов. Биология констатирует, что хиральность молекул переходит в зеркально симметричные формы живых существ. Примем за аксиому, что манифестация диссимметрии начинается с разделения сингоний простых веществ. Это те вещества, через которые невозможно провести плоскость симметрии и которые не имеют центра. Этот ответ мы нашли в таблице химических элементов. Кристаллы растут. В процессе роста проявляются свойства диссимметрии или, иначе, понижения симметрии кристалла. Можно увидеть места, где она появляется впервые, а затем манифестирует свое присутствие на видимом уровне. Рассмотрим характерные особенности этого явления. В соответствии с фундаментальным принципом Кюри под внешним воздействием кристалл изменяет свою точечную симметрию так, что сохраняет лишь элементы симметрии, общие с элементами симметрии воздействия, которым в данном случае служит растущая поверхность кристалла. Результирующая точечная симметрия кристалла должна понизиться до точечной симметрии его граней. Часто кристалл образован гранями нескольких типов (октаэдра, куба и ромбододекаэдра, как, например, в кристаллах квасцов). Каждый тип содержит несколько граней. Процесс диссимметризации может идти по-разному для разных граней одного кристалла, и участки кристалла, сформированные одной гранью (пирамиды, или сектора роста), будут обладать различной структурой и симметрией. Таким образом, мы получаем единый монокристалл, симметрия и структура которого различны в отдельных секторах роста. Такое поведение невозможно при обычном термодинамическом фазовом переходе. Различия в строении, составе и свойствах отдельных секторов роста одного кристалла принято называть секториальностью. Теперь вспомним родство граней кристалла с числами. Они всегда четные. Стало быть, диссимметрия — это появление нечетных чисел, а секториальный рост — дроби. При ростовой диссимметризации секториальность наблюдается всегда. Там же мы должны увидеть числа Фибоначчи и золотое сечение. Поэтому апологетам золотого сечения и фибоначчистам следует поискать предмет их любви и в секторальном росте кристаллов. Таким образом, все зависит от того, где растет диссимметрия. Сектора роста, связанные с различными типами граней, обладают неодинаковой кристаллической структурой, а различные сектора роста одного типа граней — структурой схожей, но по-разному ориентированной относительно единой системы координат кристалла. Наиболее легко секториальность можно обнаружить по поведению оптической индикатрисы, каждый радиус-вектор которой пропорционален показателю преломления кристалла в данном направлении. Значения показателей преломления очень чувствительны к небольшим искажениям кристаллической структуры. Возникающие при этом необычные для данного кристалла оптические эффекты принято называть оптическими аномалиями. То есть в пределах одного сектора роста кристалл может обладать различной структурой и, как следствие, различными оптическими свойствами. Это связано с тем, что кристаллы часто растут ступенями. Симметрия плотнейшей упаковки влияет на симметрию всей кристаллической постройки. При этом если кристаллические структуры простых веществ просто наследуют симметрию той или иной плотнейшей упаковки, то в более сложных соединениях наиболее объемные компоненты образуют одну из плотнейших упаковок и, как писал Н. В. Белов, «все разнообразие минерального кристаллического мира сводится к различным способам заселения пустот в ней», что естественно отражается и на симметрии всей постройки. Таким образом, теория плотнейших упаковок шаров одинакового размера оказалась очень продуктивной и удобной при описании построенных по ее законам кристаллических структур и определении их симметрии. При раке сначала образуются кубические «кристаллы» с плотнейшей упаковкой, которые потом «обрастают» тем, что мы, собственно, и называем раком. Для возникновения ростовой диссимметризации необходим твердый раствор, в котором возможно упорядочение замещающих друг друга атомов. В Живом веществе эта основа, как правило, полужидкая, жидкая и твердая. Несмотря на это, диссимметрия в Живом веществе, наряду с поляризацией, является основной ее движущей силой (фактором).
Поэтому, исходя из принципа подобия, можно считать, что диссимметрия присуща как кристаллам, так и Живому веществу, что является лишним доказательством того, что кристаллы дали начало Жизни. Осталась только запрещенная в физике твердого тела пятерная симметрия, присущая только живым существам. Сегодня мы можем сказать, что и этот барьер преодолим. Пятерной осью симметрии обладают квазикристаллы и нанокристаллы. Каждый кристалл обладает определенной симметрией, которая проявляется и в симметрии его физических свойств — электрических, тепловых, оптических. Но иногда мы сталкиваемся с кристаллами, симметрия которых ниже присущей данному соединению. В таких случаях говорят о явлении диссимметризации. Например, если кристалл принадлежит кубической сингоний, то он не должен просветляться между скрещенными поляризаторами. Оптическая индикатриса кубического кристалла — шар. Если же в скрещенных поляризаторах наблюдаются интерференционные окраски, имеет место двойное лучепреломление (двупреломление), оптическая индикатриса представляет собой эллипсоид, и реальная симметрия кристалла ниже. Исследователи, впервые сталкивающиеся с более низкой симметрией хорошо известного им вещества, логично предполагают, что перед ними новая фаза. Термин диссимметризация в таком случае практически не используется. Но иногда мы имеем дело с гораздо более интересным и сложным явлением — понижением симметрии кристалла, не связанным с обычным термодинамическим фазовым переходом, а обусловленным самим процессом роста кристалла. Такой тип диссимметризации называется ростовой диссимметризацией. Именно эта способность кристаллов и предопределила диссимметрию Живого вещества и Жизнь. Явление ростовой диссимметризации возможно только в твердых растворах. Перенесем явление диссимметрии в кристаллах на Живую субстанцию. Благо, прием сравнения подобий нам этого не запрещает.
Живое вещество, как правило, жидкий апериодический кристалл. Поэтому должна прослеживаться логика в появлении, а затем и проникновении диссимметрии в более «мягкие» структуры. На схеме мы видим, как рацемат, соединившись с нанокристаллом, имеющим пентагональную ось симметрии, при дегидратации начинает разделять хиральные молекулы, даже не прикладывая к этому никаких усилий. Необходим только перепад температуры. При даже небольшой разнице температур происходит понижение симметрии, т. е. усиление диссимметрии. Этот момент и можно считать спонтанным нарушением симметрии или отправной точкой Жизни. Потом в этот процесс вмешались геометрические силы, и фолдинг полипептидов организовал клетки-домены, которые сначала засосали ДНК и РНК, а потом сконцентрировали их в центре «ядра». Это и была протоклетка-домен, давшая начало Жизни.
Схема диссимметризации рацемата и появление протоклетки-домена.
На нижних этажах работает обычная химия, потом контейнерная, далее процесс подхватывает более информационно насыщенная и более живая энантиометрия сахаров и аминокислот. На всех этажах интеграционными процессами заведует Евклидова геометрия. До этого момента все пока объясняется простой физикой. Постараемся с цифрами в руках доказать, что диссимметрия — физическое явление, лежащее в основе самоорганизации Живого вещества. К примеру, парадокс Левинталя кажется непостижимым и неразрешимым. Однако так дело обстоит до тех пор, пока в дело не вступают законы кристаллических классов! Кубик Рубика имеет 43 252 003 274 489 856 000 различных конфигураций и только одно решение. В настоящее время кубик Рубика собирают за 11 секунд при том, что количество комбинаций не намного меньше, чем у аминокислот. Несколько лет назад в это никто бы не поверил. Надо полагать, что и это не предел. И учтите, что кубик вращается руками, причем детскими, а не некими силами. Тут надо заметить, что дети мыслят больше символами, чем абстрактно. Именно это помогает им мгновенно считывать кубический смысл любой системы. Отсюда вывод: кажущаяся нереальность скорости процесса не означает его невозможности. И другой не менее важный вывод: хиральность выпала не случайно, а в процессе упрощения процедуры реализации самоорганизации материи. Теперь давайте задумаемся, почему парадокс Левинталя называют парадоксом? В кубике Рубика (кубической сингонии) имеется 6 поверхностей, все выкрашены в разные цвета. Каждый вращающийся маленький кубик окрашен точно так же. Любитель этой игры, вращая кубик, смотрит сначала на сочетание цветов, а уж потом на их пространственное расположение. Хороший игрок не задумывается, а мыслит символами, что свойственно детям, и «догадывается», что у кубических кристаллов одна плоскость, которая может поделить этот куб и только по диагонали. Вследствие этого задача упрощается на 2—3 порядка. Фолдинг протеинов, судя по скорости, идет таким же путем. Молекулы 20 аминокислот имеют всегда скошенную грань, поэтому они сразу находят геометрическое соответствие по линии наименьшей энергии. Они стремятся туда, где почти или совсем нет сопротивления. Причем если процесс разделить на два, то он пойдет еще быстрее. Почему на два? Это левые и правые молекулы. А в Живом веществе преобладают (у высших живых организмов вообще все) аминокислоты левовращающиеся. Если внимательней присмотреться к квантовой криптографии и применить ее «код», то задача упрощается сразу на несколько порядков. Поэтому парадокс Левинталя тает на глазах и перестает быть таковым. А принцип Пастера-Редди нам придется переформулировать более точно: все Живое в современных условиях происходит только от Живого! В древние времена это выглядело так, как это выглядит в физике сейчас. Природа нехитрыми приемами упростила свою задачу. Учитывая нелинейность и многокомбинантность процессов, происходящих в Живой субстанции, только сам акт диссимметрии снизил информационную нагрузку на несколько порядков. А если использовать пятерную ось симметрии, что характерно только для живой материи, то мудрость Природы становится еще более очевидной. Ростовая диссимметрия нанокристаллов и спирализация дефектов в процессе роста и есть та физическая составляющая, что привела к появлению Жизни из небытия. Хиральность молекул ведет к диссимметрии биополимеров, которая, в конечном итоге, приводит к диссимметрии организмов и живых систем вообще. Между химической и протобиологической эволюциями должен быть посредник. На его роль, как мы еще не раз убедимся, по всем параметрам подходят нанокристаллы. Процесс запуска механизма Жизни, несомненно, автокаталитический. Наличие каталитических функций в сочетании с механизмом обратной связи придает системе способность к автокаталитическому росту и является предтечей самоорганизации Жизни. Зародышем для синтеза активных веществ могут быть любые оптически активные включения, хиральные молекулы, мицеллы, сам растворитель, поляризованный свет. Анизотропия пространства, вероятнее всего, также участвовала в этом грандиозном процессе.
