Все существующие на сегодняшний день гипотезы о происхождении жизни грешат одним недостатком - они исключительно качественны и мало физичны. Общим для всех них является убеждение, что при подходящих условиях мертвое косное вещество способно дать начало живым образованиям. Но какими были эти условия: "густой, теплый соленый бульон" или "холодное разреженное межзвездное облако"? Сколько времени длилась добиологическая химическая эволюция? Какие процессы при этом происходили и как он протекали?
Известно, что жизнь на Земле асимметрична: в биологических процессах используются только левые молекулы аминокислот и только правые молекулы сахаров, и никак иначе! Понятия "правые" или "левые" означают, что они зеркально отражают друг друга, как правая и левая рука. От греческого слова "рука" эта симметрия получила название хиральной. это обстоятельство представляется крайне загадочным, так как в природе имеется равновероятное число как правых, так и левых молекул одних и тех же веществ. Живая же природа демонстрирует странный дисбаланс - используя только один из двадцати видов зеркальных изомеров. То есть можно сказать, что жизнь хиральна: использует только левые аминокислоты и правые сахара. Почему?
Этот факт был установлен Луи Пастером и назван "демаркационной линией между живым и неживым". Многие умы, такие как Пьер Кюри, лорд Кельвин, Эмиль Фишер, Джон Бернал тщетно пытались разгадать эту загадку. В сущности надо было ответить на два вопроса.
Когда появилась асимметрия? Согласно первому возможному варианту это имеет биологическую причину. То есть, вначале были оба варианта, но один более преуспел в ходе эволюции и подавил второй, который имел место в добиологической стадии.
Почему эта асимметрия возникла? Тут также два варианта. Согласно первому, действовал некий асимметричный фактор, который и предопределил выбор земной жизни. Второй вариант объясняет эту особенность чистой случайностью.
Попытка ответить на эти два вопроса отняла десятилетия усилий. Представим среду, в которой имеется равное количество правых и левых молекул; может ли там возникнуть жизнь? Нет, не может - так категорически отвечает Дж. Визер в своей статье в Nature в 1984 году. Среда должна быть хирально чистой, только тогда может возникнуть в ней аппарат саморепликации, самовоспроизведения; без этого жизнь невозможна. Вывод, таким образом, напрашивается однозначный: асимметрия появилась значительно раньше, чем возникла жизнь!
Неясен ответ и на второй вопрос. Логика вроде бы приводит к выводу, что первичная среда должна быть сбалансирована относительно правых и левых молекул. Почему же она в какой-то момент стала асимметричной?
Пастер предположил, что в первичной среде вступил в действие некий фактор преимущественности. Этот фактор вначале несколько нарушил равновесие, которое со временем усиливалось и в результате возникла хиральная предбиосфера. Приведем пример. У всякого человека две руки, которые способны одинаково хорошо ему служить. Но еще в детстве его учат держать игрушку в правой руке, что, соответственно, укрепляет правую руку, создает ей преимущество перед левой. В процессе роста правая рука становится все более сильной, подвижной и это преимущество закрепляется. Закрепившись в виде стереотипа, оно передается в процессе воспитания потомкам. Постепенно вследствие подобного "фактора преимущества" все больше людей становятся правшами. Нечто подобное произошло в природе, но она просто "отрезала правую руку", то есть, свела на нет общее число молекул другой хиральности.
А что представлял собой в реальности этот фактор преимущества? И тут начинается игра воображения. Первое: поляризация света совместно с действием стационарного магнитного поля. Второе: комбинация гравитационного поля и силы Кориолиса. Третье: механические силы и электромагнитные поля. Четвертое: грозовые разряды. Пятое: корпускулярное и жесткое излучения при солнечных бурях, вспышках и пр. И так далее и тому подобное...
Искали объяснение в неких параметрах воды, которые по мысли авторов этой гипотезы, должны обладать хиральностью. Никакая из этих гипотез не получила подтверждения.
В ход пошел такой козырь: все это предопределено на атомном уровне! Уже три десятилетия известно, что в атомном мире нет равноправия между правым и левым. При слабых взаимодействиях понятие "назад" или вперед" неравноправны, о чем свидетельствует "несохранение четности". Было решено, что именно это и лежит в основе фактора предпочтительности - асимметрии живого.
Но спустя несколько лет появилась теория, согласно которой оказалось, что не существует никакого фактора предпочтительности. Суть феномена состоит в том, что жизнь, согласно этой точки зрения, является физической катастрофой.
Эту точка зрения была провозглашена наукой о самоорганизации - синергетикой. Методами синергетики было показано, что жизнь - не результат процесса постепенной эволюции, а результат скачкообразного перехода. Поэтому нарушение зеркальной симметрии и произошло спонтанно и взрывообразно.
Изначальная неоднородная среда была неустойчивой, в ней возникали флуктуации, увеличившие некоторое преобладание одних изомеров над другими. В какой-то момент эта флуктуация получила развитие и стала столь большой, что появилась бифуркация - расхождение, когда одно состояние стало неустойчивым, и природа отказалась от него, остановив свой выбор на развивающемся, ставшим предпочтительным. Таким образом появился фактор предпочтительности и среда стала хирально чистой, что оказалось исключительно удобной для возникновения и развития жизни.