Вернер Гильде - Зеркальный мир

• Название: Зеркальный мир
• Автор: Вернер Гильде
• Издательство: МИР
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1982

Крупный ученый из ГДР в живой и увлекательной форме знакомит читателей с одним из фундаментальных понятий современного естествознания - симметрией. Рассматриваются ее основные виды, проявления в природе и использование в науке, технике и повседневной жизни. Для широкого круга читателей.

---

Вследствие этого из одного совершенного Платонова тела (каким является тетраэдр) возникают дае различные, зеркально-симметричные формы. Однако здесь, как и в любой области естествознания, мы не должны воспринимать такие описания буквально. Речь идет всего лишь о картинках и моделях, назначение которых - помочь нам разобраться в тех или иных явлениях. Чтобы легче представить, как из асимметричных молекул вдруг возникает симметричный кристалл, рассмотрим несколько примеров на плоскости.

Под рубриками вроде «В часы досуга» порой встречаются задачи, где предлагается разложить одну плоскую фигуру, скажем шестиугольник, и образовать из нее другую плоскую фигуру, например квадрат. В данном случае две высокосимметричные плоские фигуры составляются из одинаковых асимметричных элементов. В свое время ведущим умельцем в такого рода разложениях и сложениях слыл австралиец Гарри Линдгрен (Линдгрен Г. Занимательные задачи на разрезание. -М.: Мир, 1977). Чтобы еще больше затруднить решение подобных задач, ставится дополнительное условие: обойтись возможно меньшим числом составных элементов. Линдгрен и другие любители, увлекавшиеся разложением фигур, отваживались разлагать даже узоры кафеля. В качестве иллюстрации позаимствуем разложение узора из восьмиугольников с маленькими квадратами в мотив из квадратов той же площади, что и восьмиугольники, причем малые квадраты в новом узоре сохраняются, но в несколько смещенном положении.

Раковина обычной улитки, которую можно найти у обочины дороги,-чудо формотворчества

Когда Вант-Гофф опубликовал свою теорию о правых и левыx молекулах она была встречена в штыки. Многие из его единственно удовлетворительное объяснение вращению поляризованного света, поэтому она все же получила признание. Тем временем химики разработали методы прямого определения формы молекул. И мы теперь знаем, что Вант-Гофф был прав.

АСИММЕТРИЯ ЛЮБОЙ ЦЕНОЙ

Природа всегда отбирает среди множества вариантов те, которые проще и надежнее всего обеспечивают жизнь и ее продолжение. Естественно, ее действия отличны от действии человека отыскивающего нужное слово в словаре или Рвение задачи в учебнике. Она просто вслепую воспроизводит все решения, как верные, так и ложные, полагаясь на то, что наилучшее из к пробьет себе дорогу, выживет в процессе эволюции, на протяжении сотен тысяч или миллионов лет. Подобно тому как это происходит и в технике (здесь уж, конечно, не без помоп человека), в живой природе побеждает то, что наиболее просто и надежно.

Одна из важнейших предпосылок жизни - наследственность Потомками лошадей снова и снова должны быть лошади И своих основных чертах они должны походить на родителей Австрийский естествоиспытатель Грегор И. Мендель (1822-1884) в 1860 г. на основании своих знаменитых опытов по гиб пи дизации сортов гороха (!) пришел к выводу, что дети половину наследственных факторов получают от одного из родителей я половину - от другого. Благодаря успехам современной микро биологии мы довольно отчетливо представляем себе, как это осуществляется с помощью носителей наследственности - генов

Полевой вьюнок обвивает ветку справа налево

Мы опять, как видите, вернулись к модели генной спирали построенной Уотсоном и Криком. При оплодотворении женского яйца наследственность может передаваться только в материальной форме. При этом однозначно должно указываться какие именно признаки наследуются. Здесь сразу же намечаются два возможных пути осуществления этой задачи.

Первый путь - это образование определенных химических соединений, каждое из которых соответствует наследуемому свойству. Однако он содержит много недостатков. И прежде всего он сопряжен с использованием огромного количества различных соединений для передачи всего набора наследуемых свойств. Вполне вероятно, что для передачи свойства «длинные ноги» лошади потребуется совсем иное химическое соединение, чем для передачи того же свойства блохе или слону. Кроме того, некоторые соединения неоднозначны: достаточно вспомнить о левой и правой винной кислоте. Более простым является другой путь кодирования информации, основанный на том же принципе, что и работа телеграфного аппарата системы Морзе или телетайпа. Телеграф «знает» и использует только три «структурных элемента»: тире, точку и пробел. Но информация, записанная с помощью азбуки Морзе, может содержать ошибки (а при передаче наследственности это недопустимо). Так, увидев на телеграфной ленте бессмысленное слово «зергало», телеграфист, надо думать, поймет из контекста, что имеется в виду зеркало. В случае особых сомнений он может запросить передающую станцию. Однако во избежание подобных недоразумений, чтобы исключить искажения, лучше подстраховаться. Наиболее простой способ - при передаче каждая буква дублируется: «ззееррккааллоо». Вероятность дважды заменить букву гораздо меньше, чем совершить ошибку один раз. К тому же при таком способе кодирования всегда известно, где начало, а где конец сообщения. Если мы прочитали на ней «топор», то однозначно заключаем, что это никак на «ропот». В силу всех этих преимуществ в природе в ходе естественного отбора для передачи наследственной информации победил принцип «азбуки Морзе». Лента, несущая эту информацию, состоит из молекул сахара и фосфата, построенных в два ряда. В каждом ряду они чередуются через одну: сахар - фосфат - сахар - фосфат. В пределах обоих рядов напротив каждой молекулы сахара располагается тоже молекула сахара, а против каждой молекулы фосфата - молекула фосфата. Промежутки между парами сахар - сахар (но не фосфат - фосфат) заполнены еще четырьмя видами химических соединений, которые получили следующие названия: аденин (А), цитозин (Z), гуанин (G) и тимин (Т). Запомним лишь обозначающих их буквы A, Z, G и Т. А всегда связано с Т, a Z - с G. Одна их групп всякий раз связывает пары сахар - сахар обоих рядов. В наглядном изображении получается полоса, напо-лестницу, поручни которой состоят из сахара и фосфата (ступеньки) - из групп А - Т или Z - G. Для ступенек возможны комбинации Т - А и А - Т наряду с Z - G и G - Z. Кроме того, последовательность перекладин может быть произвольной: скажем, комбинации Z - G могут следовать подряд несколько раз. Но пока такая лестница, подобно лестнице, которой пользуется электрик, остается прямой, она все еще сохраняет возможность оказаться симметричной. Последствия этого могли бы стать катастрофическими для любого живого существа. Но к счастью, концы «лестницы» спирально закручены. Такая абсолютная асимметрия исключает всякую генетическую ошибку.

Чешуйки обегают сосновую шишку по спирали

Построив свою модель, Уотсон и Крик получили первое показательство ее правильности. Размеры отдельных молекул бьши им известны. Действительности могла соответствовать лишь такая модель, к которой свободно подходили бы все структурные элементы. И только двойная спираль удовлетворяла этому требованию. Читатели, ближе знакомые с этим предметом знают что речь все время идет о дезоксирибонуклеиновой кислоте. Ввиду громоздкости этого слова чаще принято обозначать ее сокращенно - ДНК. Молекула ДНК, помимо способности к безошибочному обозначению наследуемых свойств, имеет и одно преимущество: она одинаково пригодна как для блох, так и для слонов и, конечно, для людей тоже. Комбинацией из четырех букв A, Z, Т, G все свойства обозначаются точно так же, как это делается посредствбм трех знаков при использовании азбуки Морзе. Конечно, «телеграфная лента» в этом случае должна быть достаточно длинной, чтобы на ней могли уместиться все команды будущему живому организму. Мы знаем из биологии, что у человека носителями наследственности служат 46 похожих на палочки хромосом. Если растянуть их двойные спирали, то получится лента длиной около метра. А так как атомы и молекулы очень малы (на одном сантиметре их помещается 100 млн ) то на протяжении одного метра оказывается возможным записать всю необходимую информацию. Хотя спирали и асимметричны, можно представить себе их зеркальные отражения. Так существует ли вероятность того, что в некой семье шявятся двое детей, из которых один ребенок окажется зеркальным отражением другого (будет «закручен в другую сторону»), ибо его генные спирали, пусть одинаковые со спиралями генов второго ребенка, зеркально симметричны по отношению к ним? Нет! Все витки ДНК всегда направлены в одну сторону - вправо как у обычного штопора. Поэтому в природе не существует зеркальных отражений с генными спиралями, закрученными в обратаую сторону. Благодаря абсолютной асимметрии и недопущению зеркального отражения вся заключенная в генах информация не может быть перепутана.

Вирусы - белковые соединения, стоящие на пороге живого, - тоже имеют правое направление вращения. Некоторые исключения обнаружены лишь у антибиотиков. Они «закручены» влево; на этом, очевидно, и основано их действие.