Так называемые «плотные молекулярные облака» в космосе – это, по земным меркам, сверхглубокий вакуум. Тем не менее, в таких облаках есть и молекулы, и органические вещества, и возможность химических реакций. Виталий Гольданский предположил, что первичный органический синтез происходил именно в молекулярных облаках. По гипотезе Сванте Аррениуса, органическое вещество выпало на Земле в готовом виде. Объединенная гипотеза Аррениуса-Гольданского, тем не менее, также не выглядит удовлетворительной: химический синтез в молекулярных облаках, скорость которого чрезвычайно низка, не компенсирует разрушения продукта в условиях космоса. В то же время частички таких облаков чрезвычайно малы, и это открывает возможность для молекулярных флуктуаций.

Весьма любопытную гипотезу выдвинули Валерий Снытников и Валентин Пармон . Они предположили, что самоорганизация является таким механизмом воздействия протозвезды на свое окружение, который приводит к формированию одновременно и планет, и универсального природного каталитического реактора, в котором синтезируется органическое вещество. Это предположение авторы отслеживали в разработанных ими математических моделях. В основе самоорганизации лежит развитие коллективной неустойчивости, взаимодействие множества малых тел самого различного масштаба – от молекул до астероидов. Когда совокупная масса твердых тел в газе (т. е. в молекулярном облаке) начинает превышать определенную величину, коллективная неустойчивость движения этих тел и газа приводит к образованию разнообразных динамических структур (колец, спиралей, дисков, шаров и т. п.). Общая масса эта, концентрирующаяся вокруг протозвезды, увеличивается благодаря вращению всей системы, а локальное увеличение масс твердых тел происходит за счет слипания в газе вязких и рыхлых тел. Так происходит образование твердых катализаторов, содержащих в необходимой комбинации железо, кремний, никель в их природной распространенности. Поскольку в околозвездном облаке нет недостатка в субстратах катализа (окись углерода, водород и др.), начинают образовываться все более сложные органические молекулы. Все эти процессы радикально меняют характер неустойчивости. На фоне общей плотности появляются относительно стабильные сгустки вещества. Эти сгустки могут двигаться в самом произвольном направлении – подобно солитонам, одиночным волнам плотности. Оказалось, что давление газа в такой волне приближается к атмосферному земному, на два – и более – порядка превышая окружающее. Эта волна действует как саморегенерируемый (за счет протозвезды) каталитический реактор, температура которого остается более или менее постоянной – в силу охлаждения гелием, также сконцентрированным в этом сгустке (именно в таких условиях, считают авторы, и следует изучать синтез первичного органического вещества; они очень отличаются от условий обычных «земных» реакций типа эксперимента Юри-Миллера). Потенциально – как показывает моделирование – «космические солитоны» могут и разрушиться, но иногда они становятся «центрами кристаллизации» планет. При этом, двигаясь вокруг звезды, космический «солитон» теряет легкие составляющие – под действием солнечного ветра и деструктивного излучения. Далекие внешние планеты сохраняют первичные газы (и должны сохранять также первичную простую органику?). Более близкие к формирующемуся Солнцу «сгустки» собираются в планету, обогащенную тяжелыми и сложными органическими соединениями, которые могут служить субстратом для возникновения жизни (если она уже не зародилась – вместе с формированием хиральной чистоты молекул – до того, как сгусток приобрел вид первичной планеты). Образование планет из околозвездного облака в гравитационной физике детерминировано. Однако, место этого образования случайно. Там, где вода может находиться во всех трех фазовых состояниях – твердом, жидком и газообразном, – условия для возникновения жизни наиболее благоприятны.

Информация о том, как развивалась и что представляет собой наша Вселенная, накапливается стремительно и так же стремительно обогащает наши представления о происхождении жизни. В одном только 2009 году была сделана серия весьма крупных открытий. Самые громкие из них – открытие запасов воды на Луне, открытие абиогенного метана на Марсе, открытие на спутнике Сатурна Титане озер жидких углеводородов с сезонными движениями из полушария в полушарие, открытие там же так называемых криовулканов, которые извергают жидкую воду вместо магмы. За пределами Солнечной системы – это открытие все более легких планет, «суперземель», масса которых приближается к земной, а некоторые состоят из горных пород; открытие, вероятно, нового типа сверхновых (на слух астронома, новая сверхновая – никакой не каламбур) – небольшой массы и с некоторыми аномалиями содержания элементов. Каждая из этих находок может самым существенным образом изменить мир, каким мы видим его сегодня. Однажды достигнутая – в результате первой Великой Молекулярной Революции – хиральная чистота, совершенно необходимая для надежной работы машин матричного копирования, должна была немедленно закрепиться в составе конкурентоспособных каталитических гиперциклов. Воспроизведение абиогенных условий, которые к ней привели – задача чрезвычайно нелегкая и еще очень далека от решения, хотя сегодня уже показана возможность синтеза целого класса биологически важных органических соединений с 80%-ым доминированием одного из энантиомеров. Очень важно, что один из применяемых при этом катализаторов – фотозависимый. Света в молекулярном облаке, где формируется описанный солитон, более, чем достаточно.

Как сформировалась клетка, результат третьей Великой Молекулярной Революции и единица сегодняшней самостоятельной жизни, – разговор особый. Так или иначе, но компартментализация молекулярных процессов, которую она обеспечивает, приводит к весьма серьезным селективным преимуществам – дискретности и недолговечности, в формате которых наиболее эффективны отбор (конкуренция) и кооперация – со специализацией отдельных элементов и последующей многоклеточностью. Однажды достигнутая, клеточная организация жизни быстро переиграла любую альтернативную и стала доминирующей. В этой книжке мы не будем говорить о происхождении клетки. Это происхождение – как и возникновение хиральной чистоты биологических молекул – было, по-видимому, неизбежным. Мы обсудим здесь предмет, на наш взгляд, гораздо более интересный, предмет, завораживающий своей красотой и своей регулярностью, предмет, сконструированный из реальных молекул, но так, что его свойства могут быть описаны в совершенно абстрактных терминах.

О второй Великой Молекулярной Революции (возникновении генетического кода), которая обеспечила колоссальные селективные преимущества обладателям операционной системой молекулярной памяти, не так легко сказать «однажды достигнутая». Возникновение хиральной чистоты – процесс практически одноактный – в том смысле, что она либо есть (и тогда жизнь оказывается возможной), либо ее нет. Возникновение компартментализации – в том же смысле – не имеет промежуточных этапов: она либо есть, либо ее нет. Существование какой бы то ни было клеточной стенки и ее дальнейшая эволюция – события принципиально одноплановые. Генетический же код – в том смысле, какой в это понятие вкладывают учебники – просто не мог возникнуть сразу, «однажды». То, что обычно называется кодом – это предмет договора, условность, вещь конвенциальная. В отношении генетического кода нет договаривающихся сторон, поэтому этот термин иногда характеризуется как метафора. Он должен быть совершенно естественным продуктом, предметом физикалистского подхода в рамках молекулярно-биологической аксиоматики. В то же время – и мы это увидим далее – его организация очевидно выходит за эти рамки. Кроме того, он относится к двадцати белокобразующим аминокислотам, и его возникновение должно было, таким образом, пройти, по крайней мере, двадцать шагов, каждый из которых должен был учитывать не только пройденный уже путь, но и каким-то образом сообразовываться с дальнейшими. Более того, совершенно неочевидна и химия этих процессов. Необсуждаемым в учебниках свойствам генетического кода и выводам, которые за ними могут стоять, и посвящена вторая часть этой книжки, для которой первая, заканчивающаяся следующей главой, – просто необходимое вступление).

…………………

Несколько слов о номере этой главы. Несмотря на обещание не касаться более ставших скучными рассуждений относительно числа 111, помещаемых в конец очередной главы, Автор – с массой извинений – еще один раз напоминает о нем. В четырнадцатиричной системе счисления (таблица в Главе 1 [II]) этому числу соответствует информационная сигнатура 11114. Почему мы опять о ней вспомнили – да еще в такой экзотической системе счисления – автор попытается пояснить позднее.

Описывая молекулярные события пост-абиогенеза, которые привели к появлению примитивных биологических машин, профессор Марчелло Барбьери 48 начинает с возникновения простейших из них – тех, что обеспечивали соединение однотипных молекул в полимеры; он называет их связывающими машинами, bondmakers. Не знаю, как поточнее перевести на русский этот термин, назову его, например, коннектором. Но не в том смысле, какой вкладывается в понятие связующее звено, а в том, каким обозначается инструмент для связи таких звеньев. Например, инструмент, с помощью которого две маленькие свинцовые «таблетки» сплющиваются в пломбу, зажимающую две веревочки, целость которых свидетельствует о сохранности опломбированного груза, – не помню, он, кажется, называется пломбир? Так что bondmaker можно перевести и смешным словом пломбир.

Некоторые из этих молекулярных машин связывали аминокислоты, другие – азотистые основания, третьи – сахара и т. д. Поскольку рибосомальные РНК – и даже их короткие фрагменты – способны в эксперименте способствовать формированию пептидных связей, первыми коннекторами могли быть именно молекулы РНК небольшого размера. Стоит помнить при этом два обстоятельства.

Во-первых, эти коннекторы работали как ко-факторы, то есть, как энзимы (или рибозимы, как их называют). Другими словами, одна и та же молекула рибозима могла использоваться многократно. В какой-то мере этот процесс удалось смоделировать Сиднею Фоксу 49 , который соединил аминокислоты в короткие нерегулярные цепи, осуществив безматричный синтез полипептидов; подобные полипептидные цепи были потом реально найдены, среди прочей простой органики, в метеоритном веществе.