Читать книгу "Начало и вечность жизни"

11

Явления симметрии недостаточно до сих пор охвачены и научной и философской мыслью. Несомненно, это глубочайшее и основное понятие, проникающее – неосознанным образом – все наше миропонимание.

Переворот, совершающийся в физике, и неизбежный рост биологических идей, с этим связанный, ставят, мне кажется, на очередь углубление и уточнение учения о симметрии.

Самый глубокий, недоконченный охват учения о симметрии был сделан П. Кюри, который, в сущности, рассматривал симметрию как состояние пространства, то есть как структуру физического пространства.

Это определение должно быть сейчас учтено и при анализе физического времени, ибо в природных процессах пространство – время неразделимы.

Можно философски и математически идти еще глубже в анализе учения о симметрии, но для нашей задачи, оставаясь в эмпирическом мире натуралиста, это широкое и чисто реальное понимание симметрии достаточно.

Явления симметрии обратили на себя, в общем, должное внимание физиков только в XX столетии, когда окончательно выяснилось огромное значение в области физических наук кристаллографии со всеми ее подразделениями.

С кристаллографией в физику вошло и учение о симметрии. Оно даже в самых математических своих частях было разработано – очень полно и глубоко – минералогами, всегда прежде всего имевшими в виду свои проблемы – проблемы кристаллографии. Для физики их достижения, как это доказал Кюри, явно недостаточны.

Недостаточны они в современной форме и для явлений жизни, исторически давших начало самому понятию симметрии. Ибо оно впервые зародилось при работе художников над живыми объектами. Первую формулировку понятия симметрии древние эллины приписывали скульптору Пифагору из Региона (сейчас говорят «из Регия». – Прим. сост.), жившему более 2400 лет назад, в связи с задачей воспроизведения человеческого тела. И позже один из основоположников учения о симметрии в минералогии, оригинальный французский ученый А. Браве, исходил в своих работах из симметрии, проявляющейся в растениях, и создавал учение о симметрии, одновременно исходя из растений, минералов и многогранников геометрии.

Но в то самое время, как изучение природных кристаллов в свете учения о симметрии получило чрезвычайное развитие, применение симметрии к объектам жизни, из которых оно возникло – и к физическим явлениям – было все время спорадическим и несвязанным.

Это сказывается сейчас в постановке учения о симметрии в современной научной организации. Учение о симметрии обычно связано с преподаванием минералогии и близких наук и не занимает ни в физических, ни в биологических дисциплинах подобающего ему места.

Это сказывается и в недостаточной точности тех представлений симметрии, которые для кристаллографии и минералогии не имеют большого значения, в частности, в том понятии диссимметрии, значение которой для биологии было отмечено Л. Пастером, а в физике – П. Кюри.

12

Словом «диссимметрия» называют разные явления, иногда, как, например, в живых телах, происходящие одновременно, но, по существу, между собой несвязанные. Одно из этих явлений связано с учением о симметрии, а другое совершенно с ним не связано, но может изучаться только на основе симметрии.

Делая свое великое эмпирическое обобщение, Пастер одновременно констатировал в состоянии пространства живых организмов оба этих явления.

Само понятие о симметрии в его эпоху не было нашим учением о симметрии. Хотя И. Гессель за 15 лет до Пастера уже решил для кристаллов задачу симметрии в общей форме, но его работы не обратили на себя внимания и вошли в жизнь на 80 лет позже, много позже открытия Пастера.

Пастер еще не объединял голоэдрию с гемиэдрией, как мы это делаем, он не сознавал, что всегда оптические свойства и кристаллические свойства суть разные проявления одного и того же явления – явления симметрии, как это мы принимаем. Он нашел эту связь в одном частном случае и по отношению к нему построил свою терминологию, не вошедшую позже в жизнь и даже в его собственной стране, во Франции, редко употребляемую. В расширенной форме мы встречаем ту же терминологию в более строгом ее понимании у Кюри, который этого не оговаривает.

Изучая кристаллические формы органических соединений, находящихся в организмах или из них выделенных, Пастер заметил уменьшение их симметрии, появление левых и правых форм в тех случаях, когда рацемическое тело распадалось на свои правые и левые антиподы. Он назвал это явление диссимметрией, то есть нарушением симметрии, так как по отношению к многогранникам рацемического соединения нарушение их симметрии выражалось закономерным выпадением правых или левых площадок многогранников. Он заметил, что получаемые этим путем многогранники лишены центра и плоскостей симметрии, между тем как исходные многогранники рацемических соединений, распадением которых получаются правые и левые антиподы, обладают и центром, и плоскостями симметрии.

Одновременно он доказал, что в то время как рацемические многогранники при растворении оптически инертны, их антиподы вращают в растворе свет, правые – вправо, левые – влево.

Оба этих явления он связал вместе как явление диссимметрии, и так как ее проявление сохраняется в жидком состоянии, он назвал его молекулярной диссимметрией, ища объяснение явления в строении химической молекулы.

Я не имею здесь возможности излагать наше современное понимание открытого Пастером явления. Но все же необходимо несколько на нем остановиться.

Мы сейчас знаем, что из 32 классов кристаллов 13 относятся к диссимметрии Пастера, что они не обладают центром и плоскостями симметрии, но обладают, кроме одного случая, осями симметрии, что они все в определенных векторах вращают плоскость поляризации света вправо или влево и дают правые – в первом случае и левые – во втором случае многогранники.

Мы знаем дальше, что эти свойства кристаллов выражаются винтовым правым или левым расположением их атомов, как этого требует и молекулярная диссимметрия Пастера. Но она будет проявляться в растворах, в жидкостях – во вращении ими света – только в тех случаях, в каких в веществах, известных Пастеру, в химическом строении наблюдается так называемый асимметрический углерод, все связи которого соединены с разными атомами или группами атомов. В формулах химиков асимметрический углерод действительно может не обладать ни одним элементом симметрии в окружающем его пространстве, быть асимметричным. Но все пространство молекулы, в которой он находится, будет диссимметрично, в данном случае обладать осями симметрии.

Пока мы остаемся в области явлений симметрии. Но одновременно изучая явления диссимметрии в связи с живым веществом, Пастер открыл новое явление, тоже связанное с уменьшением симметрии, то есть с диссимметрией, которое лежит, однако, вне области явлений симметрии, ею объяснено и предвидено быть не может.

Он нашел, что вместо одновременно появляющихся двух антиподов – правых и левых – в равном числе, как этого требуют законы симметрии, выкристаллизовываются в некоторых случаях один какой-нибудь из антиподов или один явно преобладает над другим.

Так как Пастер вообще не знал, что часть нарушений симметрии – его диссимметрия – в действительности может быть выведена из законов симметрии, он не отделял это проявление диссимметрии от других им открытых, говорил о них вместе как об одном явлении; он, однако, заметил, что последнее явление исключительно связано с жизнью, тогда как первое может быть от нее независимым.

С физической точки зрения между этими двумя явлениями, названными диссимметрией, существует коренное различие. Первое связано с распределением предметов в пространстве, охватываемом учением о симметрии.

Второе не связано с симметрией и является непредвидимым из нее действительным ее нарушением.

Принцип Кюри о том, что всякое явление, обладающее диссимметрией, должно происходить от причины, обладающей такой же диссимметрией, так широк, что он обнимает оба явления.

13

Прежде чем перейти к изложению достижений Пастера, остановимся на вытекающем из диссимметрии характере пространства, его отличию от нашего пространства – пространства физики и геометрии. Именно это пространство мы будем, согласно открытию Пастера и согласно принципу Кюри, наблюдать всюду внутри организмов – внутри бактерии или внутри слона, например, и некоторые свойства такого, скажем, энантиоморфного – правого или левого – пространства должны проявляться в окружающей организмы среде благодаря их жизни.

Отличие такого пространства от обычного может быть ярко выражено изучением физических свойств проводимых в нем векторов, то есть направлений.

Я указывал уже, что явления жизни необратимы во времени, то есть с ходом времени всегда идут в одном направлении, в одну сторону, не возвращаясь назад. Организм растет, стареет, в конце концов умирает. Обратного явления нет – хотя в сказках и фантазиях человек это строил, а в некоторых случаях для видов признаки обратимого процесса могут быть констатированы, как это показал покойный талантливый русский зоолог Е. Шульц и недавно К. Н. Давыдов. Но не эти явления характеризуют и индивидуальную жизнь, и эволюцию видов.

Геометрически время такого процесса может быть выражено в виде вектора AB, причем AB (+) тождественно ВА (—). Время такого процесса лишено, по крайней мере, центра симметрии (иногда неправильно физики говорят о его асимметричности). Тогда как для процесса обратимого AB = ВА. Оба вектора сейчас здесь идентичны.

Мы можем выразить это явление, называя первые векторы полярными, а вторые – изотропными. Время в явлениях жизни геометрически выражается полярными векторами, а во множестве обычных физических явлений – изотропными.

В новой физике пространство и время неотделимы, как неотделимы они и в реальном мире натуралиста. В этом смысле идеи Эйнштейна ближе к научным концепциям натуралиста, чем идеи Ньютона, в которых в силе тяготения время не проявляется. Этим объясняется та трудность, с которой проникала в научную среду теория Ньютона, потребовавшая 2–3 поколений для своего признания, и та быстрота, с которой она сейчас уходит с поля нашего зрения[68]68
  Как глубоко проникло сейчас Ньютоново миропредставление – в своей научной части – разделения пространства и времени в общее сознание, ярко видно, например, в блестящих и глубоко интересных лекциях о природе физического мира Эддингтона. Эддингтон, излагая основные идеи новой физики, строил их на Вселенной Эйнштейна, в которой пространство и время неразделимы. А между тем он допускал совершенно иную природу и роль физического времени по сравнению с физическим пространством. И, допуская для времени двойную природу происхождения этого понятия – изучением окружающего и через внутренний опыт живого существа (человека), он не допускал того же двойственного характера для пространства, не сознавая, что оба явления не отделимы, как этого требует миропонимание Эйнштейна, и что оба одинаково заложены в особенностях пространства-времени живого существа. Непонятным образом он не принял во внимание достижений Пастера – особого состояния пространства жизни.


[Закрыть].

Полярные векторы должны, следовательно, характеризовать и пространства, то есть объем, занятый телом организма.

Явления диссимметрии, характерные, по Пастеру, для этих тел, не только это подтверждают, но указывают, что эти полярные векторы должны быть к тому же энантиоморфными.

В них направление AB отлично от ВА, но одновременно в окружающей вектор среде движение вправо и движение влево вокруг вектора может быть фактически различено. Можно отличать правые и левые векторы в зависимости от того, распределяются ли предметы или движения по правой или по левой винтовой линии по отношению к данному вектору. На одной линии между точками А и В различимы, таким образом, четыре вектора. Можно различить:

AB (+) …………. левый и правый

ВА (—) ………… левый и правый

В случае, если будут преобладать в данном пространстве одни какие-нибудь векторы – правые или левые, надо различать два разных пространства – левое и правое. Это то, что нашел Пастер для явлений жизни.

Можно и должно идти дальше.

Существует основное положение в учении симметрии, которое указывает, что действительное строение пространства, где она проявляется, определяется наименьшей симметрией явлений, в нем наблюдаемых. Следовательно, в космическом пространстве, изучаемом физикой, не может быть центра симметрии, иначе не было бы в одном из ее явлений полярных векторов, но не может быть и плоскостей симметрии, иначе не было бы в другом явлении – в области жизни – энантиоморфных векторов.

Пространство – также как и время – старой физики было изотропно: векторы в нем отвечали по свойствам простым линиям.

Пространство новой физики – анизотропное. В нем могут быть, в крайнем случае, только оси симметрии. Возможно, что оно вполне асимметрично, то есть в нем нет никаких элементов симметрии. Свойства его как целого не будут в таком случае предвидеться учением о симметрии: все векторы будут и полярны, и энантиоморфны, и различны по числовым величинам.

Изучение физико-химических свойств поля жизни дает в этом отношении самые точные и глубокие указания, каких не дает пока никакое другое физическое явление Космоса.

14

Обратимся теперь к состоянию пространства, охваченного жизнью, как это выявлено открытиями Пастера, до сих пор остающимися в этой области фундаментом наших знаний.

Замечу, что в биологии существует огромное количество наблюдений, относящихся к той же области и подтверждающих обобщения Пастера, но эти наблюдения разбросаны, не систематизированы и не охвачены синтезирующей мыслью. Я к этому еще вернусь, а теперь обратимся к открытию Пастера.

Пастер с несомненностью установил своеобразную симметрию, «диссимметрическое строение» по его терминологии (отсутствие центра и плоскостей симметрии) для всех главных соединений, вырабатываемых организмами и связанных с организмами. Весь более чем полустолетний опыт биохимии это вполне подтверждает.

Он назвал эту диссимметрию молекулярной, так как она проявляется не только в кристаллах, но и в жидкой фазе и в растворах. Она связана с винтовым распределением атомов в пространстве, согласно законам симметрии кристаллов. Так, диссимметричны белки, жиры, углеводы, алкалоиды, углеводороды, сахара и т. п. Все без исключения тела, строящие зерна и яйца, так ярко диссимметричны.

Нет ни одного случая среди природных неорганических соединений, неорганических минералов, которые бы проявляли такую же молекулярную диссимметрию, то есть в жидком состоянии – в растворах – вращали бы плоскость поляризации света.

Вывод Пастера о том, что молекулярная диссимметрия, характеризующая вещество живых организмов, не наблюдается в космической среде, ее окружающей, остается незыблемым. Мы знаем сейчас в этой среде только нефти, обладающие молекулярной диссимметрией, и ею не обладающие немногие минералы с винтовым распределением атомов в пространстве, например, кристаллы кварца. Но среди минеральных неорганических тел нет неравенства в числе антиподов. В одинаковом числе в каждом месторождении встречаются правые и левые кристаллы кварца.

Сперва Пастер видел отличие для явлений жизни в молекулярном характере диссимметрии, связывал ее с распределением молекул в пространстве. Это отличие для нас сейчас исчезло: диссимметрия кварца связана тоже с винтовым распределением его атомов – кремния и кислорода – в пространстве.

Позже – и до сих пор – характер диссимметрии, открытой Пастером, связывался с асимметрией атома углерода в молекуле соединения, установленной Лебелем и Вант-Гоффом. Но сейчас открыты в молекулах органических соединений и другие, асимметричные атомы – Al, N и т. п.

Явление, по-видимому, связано с устойчивостью классов симметрии без центра и плоскости симметрии в определенных типах атомных полей. В природе мы наблюдаем это только в соединениях углерода, связанных с живыми организмами.

Пастер совершенно правильно заключил, что такое резкое различие между веществом живых организмов и косной материи должно быть теснейшим образом связано с основами проявления жизни и неизбежно требует особенности тех космических сил, под влиянием которых жизнь проявляется. Он говорит: «Если непосредственные создания жизни являются диссимметричными – это только потому, что в их выработке участвовали диссимметричные космические силы; это, по моему мнению, одна из связей между жизнью на земной поверхности и Космосом, то есть совокупностью сил, расположенных во Вселенной»[69]69
  Pasteur L. Oeuvres. Т. I. Paris, 1888. Р. 395.


[Закрыть]. И еще: «Диссимметрию я вижу всюду распространенной в природе». «Есть только один случай, когда правые молекулы отличаются от левых, – это тот, когда они подвергаются воздействиям диссимметрического порядка. Эти диссимметрические воздействия, может быть, находящиеся под космическими влияниями, находятся ли они в свете, электричестве, в магнетизме, в теплоте? Находятся ли они в отношении с вращением Земли, с электрическими токами, которыми физики объясняют земные магнитные полюсы?»[70]70
  Ibid. 1860. P. 341.


[Закрыть]. «Какова может быть природа этих диссимметрических воздействий? Я думаю, что она космического порядка. Вселенная есть диссимметричная совокупность, и я уверен, что жизнь в том ее проявлении, в котором мы ее видим, есть функция диссимметрии Вселенной или одно из последствий, которые ею вызываются… Движение солнечного света… диссимметричное?»[71]71
  Ibid. 1874. P. 361.


[Закрыть]

Чрезвычайно характерно, что в соединениях, связанных с жизнью, преобладает или исключительно существует один антипод. Другой совсем или почти совсем не появляется, хотя он может быть получен в лаборатории. Замечу, что согласно принципу Кюри наш синтез совершается диссимметричной причиной, проявлением которой является разум и воля экспериментатора.

Пастер считал, что в живых организмах устойчивы только правые формы материи, то есть что пространство, занятое жизнью, благоприятствует сохранению только этих молекулярных структур. Он считал, что в наиболее важном веществе организмов – в семенах и яйцах – наблюдаются, резко преобладают только правые антиподы.

В общем, основное обобщение Пастера о неравенстве антиподов, мало, к сожалению, обратившее на себя внимание биохимиков, остается правильным, хотя правый или левый характер соединений – более сложное явление, чем это думал Пастер.

Основным является устойчивость в поле жизни одного антипода и исчезание другого. Преобладание именно правого антипода не имеет сейчас никакого объяснения – не имеет его, впрочем, и устойчивость одного, а не обоих антиподов.

Пастера неуклонно занимала эта проблема. Он говорит: «Для того чтобы понять образование молекул исключительно одного порядка диссимметрии, достаточно допустить, что в момент своей группировки атомы элементов подвержены диссимметрическому влиянию, а так как все органические молекулы, которые создались при аналогичных условиях, идентичны, каково бы ни было их происхождение и место образования, это влияние должно быть всемирным. Оно должно охватывать весь земной шар»[72]72
  Pasteur L. Oeuvres. Т. I. P. 241.


[Закрыть].

Это явление кладет резкую грань между энантиоморфными формами, создаваемыми в термодинамическом поле жизни, и другими, появляющимися в окружающей жизнь космической среде.

Важно отметить, что в единственной группе минералов, в которых наблюдается молекулярная диссимметрия – в нефтях, – мы наблюдаем: 1) происхождение нефтей метаморфизацией остатков живого вещества и 2) резкое преобладание нефтей с правым вращением. Нефти левые являются очень редкими.

Через 10 лет после своего обобщения Пастер пошел дальше и установил новый факт в этой области, не менее важный. Это было в 1858‑м – 71 год тому назад. Он нашел, что живые организмы иначе относятся к правым и к левым антиподам. Они могут усваивать правые антиподы и не трогают левые. Несомненно, это факт огромного значения. Согласно принципу Кюри, он устанавливает этим опытным путем диссимметрию живущего организма. Пастер это выявил для дрожжей и для плесневых грибов; позже нашли это для бактерий. Явление установлено, таким образом, для обеих форм жизни – для жизни в мире молекулярных явлений и для жизни в нашем мире тяготения.

На первый взгляд это объясняет, почему резко господствуют в продуктах жизни правые антиподы. В действительности никакого объяснения здесь нет, так как остается нетронутой основная проблема – отчего организмы усваивают только один антипод.

Отчего вещество организмов дает возможность вхождению в него правых антиподов и закрыто для левых?

Исходя из симметрии, Пастер допускал возможность другой жизни с обратными антиподами – левыми в левом пространстве.

Если явление связано с состоянием пространства, занятого жизнью, то правым – по непонятной пока нам причине – должно быть все пространство Солнечной системы, может быть, галактическое.

Глубоко сознавая огромное значение своего открытия, Пастер правильно утверждал, что он нашел несомненное доказательство, «что молекулярная диссимметрия, до сих пор свойственная (apanage) исключительно продуктам, выработанным под влиянием жизни, может изменять физические и химические явления, свойственные организму»[73]73
  Pasteur L. Oeuvres. Т. II. Paris, 1922. Р. 622 (1858).


[Закрыть].

Идеи Пастера не нашли отклика; факты, им полученные, не получили развития.

Мы ни на шаг не прошли за эти 80 лет по пути, проложенному Пастером, бессильно остановились перед загадками, им освещенными.

Хотя ясно огромное их значение и хотя ясна полная возможность экспериментального их исследования.

Это изучение важно не только для более полного понимания жизни, как это подчеркивал Пастер, оно не менее важно для изучения состояния физического пространства вообще, ибо оно вскрывает его новые свойства, которые ни в одном другом физическом явлении не проявляются.

Уже одно реальное различение живым организмом химических и физических свойств среды жизни в связи с направлением энантиоморфных векторов представляет явление исключительного значения.

Сейчас в связи с созданием новой физики и с созданием новой картины Космоса эмпирическое обобщение Пастера приобретает чрезвычайный интерес.

Из него вытекает ряд выводов, доступных опыту, на которых я здесь, однако, не могу останавливаться.

Необходимо подчеркнуть основной вывод: явления жизни позволяют здесь идти в изучении пространства Космоса так далеко, как это невозможно пока никаким другим путем. В этом проявляется космичность жизни.

Это ясно видел Пастер.