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.

---

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.

Краевой угол между каплей и подложкой служит мерой смачиваемости. Расплывшаяся капля на снимке сверху смачивает подложку, а капля снизу - нет

Вероятно, таков вообще признак жизни - ее стремление образовывав из симметричных молекул асимметричные и затем делать выбор в пользу одного из возможных видов асимметрии. Эта мысль по-видамому ведет свое начало от французского химика биолога и медика Луи Пастера (1822-1895). Уже из одного перечня его профессий видно, что он был человеком поистине универсальных знаний. Человечество обязано ему предохпа нительными прививками против бешенства и других заболеваний Ему принадлежит открытие, что кипячение убивает микробов К Пастеру восходят дезинфекция и методы стерилизации. Oн первым привел также весьма важное для философии и естествознания доказательство того, что живое возникает только из живого.

В молодости Пастер занимался винной кислотой - той самой, о которой мы уже рассказывали. Ему было известно, что наряду с винной кислотой существует химически тождественная ей виноградная кислота. Но обе эти кислоты различаются по их оптическим свойствам. Раствор винной кислоты оптически активен, он вращает поляризованный свет. Раствор виноградной кислоты, напротив, совсем не отклоняет света. Рассматривая кристаллы обеих кислот под микроскопом, Пастер обнаружил, что у винной кислоты они являются либо правыми, либо левыми, а у оптически нейтральной виноградной кислоты половина кристаллов - левые и половина - правые. Тогда он проделал весьма трудоемкую работу по сортировке кристаллов виноградной кислоты и перевел в раствор отдельно правые и левые кристаллы. Оба раствора, как и ожидалось, оказались оптически активными. Часть виноградной кислоты вращала световой луч влево, а часть - вправо.

У клестов-еловиков клювы с перекрещенными концами бывают 'в левом и правом исполнении'. Такая форма клюва очень удобна для расклевывания еловых шишек

Эти явления лишь 50 лет спустя объяснил Вант-Гофф. Однако и Пастер был уже весьма близок к их объяснению. Он продолжил свои эксперименты, помещая микробов в растворы виноградной кислоты. Выяснилось, что микробы способны различать левые и правые молекулы. Они избирательно поедали лишь один их вид. Измерить это оказалось очень просто: в ходе опыта по воздействию микробов на растворы нейтральная виноградная кислота становилась оптически активной. Пастер пришел к заключению, что живые существа, предпочитающие асимметричные молекулы, тоже должны быть асимметричными. Теперь мы знаем, что он был прав. Не только в спирали ДНК, но и всюду, где присутствуют белковые молекулы (а микробы - это высокомолекулярные органические белки), мы встречаемся со спиральным строением.

СПИРАЛИ В ЛЮБВИ

Возможно, это как-то связано со спиральной формой белковой молекулы, но только некоторым низшим животным присущи и внешние признаки спиралей с левым или правым направлением витков. Особенно бросаются в глаза спирали у раковин улиток. С доисторических времен до нас дошли окаменелости, сохранившие спиральные формы раковин. У большинства видов современных улиток раковины закручены вправо. Встречаются, однако, и раковины, завитые влево. Бывают, кроме того, виды улиток, которые строят свои домики, завивая их налево или направо в зависимости от условий окружающей среды.

Интересно, как создаются эти спирали? Ведь не только раковины улиток построены таким образом. Тот, кто предпочитает не дотрагиваться до улиток, испытывая к ним отвращение, пусть возьмет в руки хотя бы самую обыкновенную сосновую шишку. На первый взгляд она может показаться симметричной. Но внимательный глаз заметит, что чешуйки смещены относительно друг друга по спирали. Поскольку, обратившись к сосновой шишке, мы оказались в мире растений, посмотрим, как обстоит дело со спиралями в царстве флоры. Большинство вьющихся растений взбираются вверх, спирально обвиваясь вокруг опор. Одни

Из постоянных краевых углов возникает спираль. В математике это соответствует построению логарифмической спирали

виды предпочитают правостороннюю завивку, другие - левостороннюю. Поэты нередко обращаются к вьющимся растениям, чтобы образно воспеть свои чувства. Так, Шекспир вкладывает в уста околдованной и влюбленной королевы эльфов Титании («Сон в летнюю ночь») следующие стихи:

Так жимолость душистыми цветами

И усиками нежно обовьет;

Так ласково по-женски оплетает

Плющ ветви-пальцы кряжистого ильма,

Как я люблю тебя.

(Использован немецкий перевод Шекспира, так как последующий комментарий автора книги относится именно к нему. - Прим. перев)

Если не все знают выэщуюся жимолость, то уж плющ известен всем. Можно было бы предложить вам задание - при случае проверить, как растет плющ, то есть в какую сторону он завивается: вправо или влево. И вот тут окажется, что либо автор, либо его переводчики явно не в ладах с ботаникой. Плющ не вьющееся растение, как жимолость или вьюнок с их цветочными усиками, а лазающее. Он удерживается с помощью коротких корней-присосок и потому способен высоко подниматься не только по деревьям, но и по стенам.

Предложенные объяснения того, как в живой природе возникают спирали, довольно спорны. Откуда улитка «узнаёт», в какую сторону должен расти ее дом, и как удается сосновой шишке образовывать спиральный узор? В чисто геометрическом отношении построить восходящую спираль просто. На цилиндрическую поверхность наружной оболочки можно нанести узор, который будет восприниматься глазом и как горизонтальный, и как спиральный. Похоже, что улитка не осматривает свой домик снаружи, дабы заметить направление дальнейшего роста.

Герб Канады содержит кленовый лист. На плакате к Олимпиаде 1976 г., проходившей в Монреале, художник трансформировал его в стилизованное изображение сердца. Обратите внимание на последовательные стадии этого преобразования и на переход от белого изображения к черному

Здесь нам следует еще раз вспомнить об образовании из мельчайших капелек кристаллических зародышей. Чтобы «выжить» и вновь не улетучиться, капельки увеличивают свой радиус, распространяясь по уже имеющимся поверхностям. В предыдущих разделах мы проследили процесс до этого момента.

Если понаблюдать за каплей, растекшейся на твердой подложке, то обнаружатся два принципиально различных случая. Угол, который капля образует с подложкой, бывает либо больше, либо меньше 90°. Исследования показали, что жидкости, не смачивающие подложку, образуют краевой угол более 90°. Так, вода не смачивает жир (этот эффект используется в косметических средствах для защиты кожи). Если же, напротив, вещество смачивается жидкостью, то капля расплывается и краевой угол у нее меньше 90°. Таким образом, величина краевого угла зависит от жидкости и от смачиваемого вещества. Для одних и тех же жидкостей и твердых материалов этот угол имеет постоянное значение. Средства для мытья посуды должны обладать возможно большим смачиванием, то есть минимальным краевым углом, чтобы избежать образования капель на стаканах и тарелках.

Черно-белый узор - излюбленный объект для демонстрации оптических обманов: если вы правильно сфокусируете глаз, то на верхнем рисунке увидите малый прямоугольный параллелепипед на большом. Точно так же последовательность ступеней лестницы на нижнем рисунке зависит от того, как на нее посмотреть

Немецкий биолог Л. Румблер выдвинул в 1910 г. теорию постоянного краевого угла при построении раковин улиток. Он исходил из того, что материал, из которого строятся раковины, вначале должен быть жидким, и в жидком же состоянии он попадает на край уже существующей части раковины, где, естественно, всегда образуется постоянный краевой угол. Под этим углом строительная жидкость затвердевает, и снова начинается та же игра. Действительно, раковина улитки может быть построена подобным методом.

Кстати, один английский юморист написал песенку, в которой жимолость тесно сплетается с вьюнком. Посудите сами, что значит это «тесно», если жимолость всегда завивается вправо а вьюнок влево!

В организме человека также имеется спираль, или, точнее, ее остаток. Это пупок у нас на животе. Пуповина, через которую осуществляется питание эмбриона в чреве матери, представляет собой левостороннюю спираль. Она выглядит в точности так, как крученый судовой канат левосторонней свивки, ибо «скручена» по букве S.