Почему сердце находится слева, а стрелки часов движутся вправо. Тайны асимметричности мира - Крис Макманус Страница 48

действие L-форм и наоборот. Любые малые различия в концентрации двух веществ могут поэтому усиливаться до тех пор, пока одно из них возобладает полностью. Если с самого начала концентрация одной из форм была чуть выше, пусть даже на 1 в 1017, то в результате эта форма стала бы преобладающей. Подобные химические системы были продемонстрированы экспериментально, показав, что такой механизм действительно мог усилить крошечные различия, возникшие из-за несохранения четности[205].

Если причина преобладания в наших телах L-аминокислот связана с микроскопическими различиями, возникшими на уровне слабых взаимодействий, то как можно проверить или доказать эту теорию? Между тем способ существует и, как ни странно, не на Земле. Из любой теории, основанной на слабом взаимодействии, следуют очень ясные выводы, а именно, если законы физики применимы во всей Вселенной, значит, и четность не сохраняется во всей Вселенной, и повсюду, где обнаружатся аминокислоты, должна преобладать именно L-форма. Иначе говоря, жизнь или, по крайней мере, аминокислоты, повсюду должны быть похожи. Это предположение в 1960-х легло в основу так называемого «Пастеровского анализа», космического исследования по поиску признаков внеземной жизни по оптической активности[206].

Хотя научные теории обладают предсказательной силой, предположения, выдвигаемые на этой основе, довольно бессодержательны, если их невозможно проверить на практике; так и рассуждения об аминокислотах в других мирах могут показаться пустой игрой ума, если нет возможности их увидеть. Но это не так. Вещество из глубин космоса постоянно попадает на Землю в виде метеоритов. Большинство метеоритов представляют собой плотные глыбы железа или горных пород и не слишком интересны биологам. Но есть исключения, такие как углистые хондриты, один из которых упал в Австралии близ города Мерчисон в 11 утра 28 сентября 1969 года. Метеорит развалился, и его куски были разбросаны на площади около пяти квадратных миль. Важность его была очевидна почти сразу, поскольку куски черного камня состояли в основном из «обугленного черного вещества» с сильным запахом органики, напоминающим денатурат. Обломки были собраны и подвергнуты интенсивным исследованиям. Очень скоро выяснилось, что метеорит, в составе которого было 3 % углерода, богат и аминокислотами. Нельзя было исключить возможность загрязнения в момент, когда метеорит врезался в Землю, которая фактически покрыта аминокислотами, содержащимися в живых организмах. Однако вскоре ученые исключили этот вариант, заглянув внутрь осколков метеорита и обнаружив в нем аминокислоты, которые в живых организмах не встречаются – метилаланин, саркосин и метилнорвалин. Поначалу решили, что обнаруженные аминокислоты представляют собой рацемическую смесь L- и D-форм, но первый образец был очень мал, а техника анализа несовершенна. Однако в ходе последующих исследований было ясно и определенно установлено преобладание в метеорите Мерчисон L-аминокислот – до 97 % в случае лейцина. Впервые было получено надежное доказательство того, что в аминокислотах, происходящих не с нашей планеты, также преобладают L-формы. К сожалению, углистые хондриты редки, хотя и в метеорите Муррей, упавшем в Кентукки в 1950 году, также обнаружилось преобладание L-аминокислот. В более близкое к нам время, 18 января 2000 года, большой углистый хондрит упал в озеро Тагиш в канадской провинции Британская Колумбия. Осколки были быстро извлечены из замерзшего озера и немедленно подвергнуты глубокой заморозке, что сделало их идеальными для научных исследований. Результаты анализа аминокислот скоро будут известны[207].

Большинство теорий относительно преобладания L-аминокислот основывается на принципе, выдвинутом Пьером Кюри, удостоенным вместе со своей женой Мари Нобелевской премии за открытие радиоактивности. Кюри говорил, что «асимметрия не может произойти из симметрии». Поскольку все законы физики, за исключением тех, что связаны со слабым взаимодействием, демонстрируют симметрию, единственной областью поисков остается слабое взаимодействие. Здесь, однако, упускается из виду тот факт, что Вселенная чрезвычайно велика. И если в некоторой ограниченной ее части присутствует асимметрия, а в другой – противоположная асимметрия, тогда законы физики все же останутся симметричными, поскольку Вселенная в целом останется симметричной, даже если асимметричным покажется состояние аминокислот в местной ее области. «Местная область», если говорить о Вселенной, фактически может быть и огромной. На этом принципе основывается теория Уильяма Боннера, химика из Стэнфордского университета, предположившего, что причина преобладания L-аминокислот на Земле связана с круговой поляризацией света. В то время как распространение волн обычного поляризованного света ограничено определенным направлением, например вверх или вниз, волны поляризованного по кругу света закручены либо по часовой стрелке (вправо), либо против часовой стрелки (влево). Этим может объясняться преобладание L-аминокислот, поскольку поляризованный по кругу свет по-разному взаимодействует с хиральными молекулами, то есть стереоизомерами, обеспечивая одним преобладание над другими. Однако, чтобы это оказалось полезным для объяснения преобладания L-аминокислот, нужно еще найти мощный источник поляризованного по кругу света. Боннер предположил, что лучше всего искать его близ нейтронной звезды. Эти невероятно плотные объекты формируются после взрывов сверхновых, и достаточно часто – так, в нашей Галактике за минувшую тысячу лет такое случалось трижды[208][209].

Нейтронные звезды – крошечные, невероятно плотные объекты, масса их примерно такая же, как у нашего Солнца, но диаметр всего 20–30 километров – величина небольшого города. Они также обладают сильным магнитным полем, а быстрое вращение генерирует характерные пульсирующие радиосигналы, вращающееся магнитное поле порождает сильнейшее электрическое поле, заставляющее электроны звезды вращаться вокруг ядра по круговым орбитам, испуская излучение. Часть этого излучения – поляризованный по кругу свет. Над экватором звезды свет поляризован в одном направлении, например по часовой стрелке, под экватором – в противоположном направлении, то есть против часовой стрелки. Глубокий космос полон молекулярных облаков, самые разные молекулы вморожены в поверхность крошечных силикатных пылинок, плавающих в межзвездном пространстве. Те, что оказываются близ нейтронной звезды, бомбардируются лучами поляризованного по кругу света, и из воды, аммиака, метана, углекислого газа и других простых молекул, содержащихся во льду, образуются аминокислоты. По одну сторону нейтронной звезды окажутся в основном L-аминокислоты, по другую – D-аминокислоты. Пыль медленно собирается в комки, образуя крупные глыбы, которые перемещаются по Галактике под действием сил тяготения, оказываясь в конечном счете в пределах Солнечных систем, подобных нашей, в виде комет или метеоров. Если они образовались по одну сторону от нейтронной звезды, они будут содержать L-аминокислоты, по другую – D-аминокислоты. И здесь возникает важное отступление от теории, утверждающей, что преобладание L-аминокислот возникло из-за несохранения четности, и поэтому во Вселенной везде в метеорах будут содержаться L-аминокислоты. Теория поляризованного по кругу света предполагает, что аминокислоты одного типа будут преобладать лишь по одну сторону от нейтронной звезды. Это элегантное решение, но какое-то значение оно будет иметь, лишь когда мы сможем изучить кометы или аминокислоты из отдаленных областей Вселенной[210].

Метеоры в нашей местной области Вселенной могут быть полны L-аминокислот, но