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

количество уловленных сигнальных молекул показано на полосках внизу, максимальное слева у нормальной мыши, максимальное справа у inv-мыши и максимальное в центре у iv- и kif3a/b-мышей

Эта весьма элегантная модель объясняет, почему у нормальных мышей сердце слева, а также показывает, какие отклонения могут возникать в ходе этого процесса. Мне она нравится не только правдоподобным объяснением большинства наблюдаемых явлений, но еще и духом подлинной биологии, который теряется в простом списке последовательностей ДНК. Хирокава и его коллеги посмотрели в микроскоп и соединили увиденное там с результатами других сложных биохимических и генетических исследований. На сегодняшний день, однако, это все еще очень молодая теория, и у многих биологов есть немало вопросов относительно ее деталей. Один из главных касается очевидных различий между лягушкой, рыбой, мышью и человеком – для всех ли существ нодальный поток играет ключевую роль? Одинакова ли она для всех или только для некоторых видов? Остаются и непростые вопросы, касающиеся того, каким образом в ходе эволюции возникла сложная и тонкая структура гензеновского узелка. На подобные вопросы ответить трудно, потому что ископаемые эмбрионы почти не известны, и уж точно не будет никаких данных о вращении их моноцилий. Но где-то каким-то образом возникло такое устройство – и возникло с определенной целью. Другой серьезный вопрос: почему моноцилии вращаются по часовой стрелке, что заставляет нодальный поток течь справа налево. На этот вопрос фактически есть ответ, который, в некотором смысле, довольно прост. Пастер хорошо бы это понял, потому что аминокислоты – строительные блоки, из которых состоят наши тела, – левосторонни, а любой двигатель, построенный из асимметричных компонентов, будет вращаться в одном определенном направлении. Это, однако, тянет за собой другой, более глубокий вопрос: почему почти все белки нашего тела построены из L-аминокислот, где L означает левый или левосторонний? Происхождение этой вездесущей биологической и физической асимметрии станет темой следующей главы[171].

6. Жаба, отвратительная и ядовитая

Одна из самых знаменитых книг «Алиса в Зазеркалье» Льюиса Кэрролла начинается с того, что Алиса подносит своего черного котенка Китти к зеркалу и задается вопросами о Зазеркальном доме, гостиная которого так похожа на ее собственную, если не считать некоторых деталей – книги, например, там выглядят в точности как здесь, только их названия перевернуты. А когда она, наконец, оказывается по ту сторону зеркала, она обнаруживает, что все правила там очень странные – Черной королеве приходится бежать все быстрее, чтобы только остаться на месте, вспомнить можно и то, что было, и то, что будет, а до завтрака нужно поверить в шесть невозможных вещей. Однако нет ничего страннее, чем деталь, о которой Кэрролл мельком упоминает еще до того, как Алиса оказывается в Зазеркалье. Алиса спрашивает Китти, понравилось бы той жить в Зазеркальном доме, и задумывается, найдется ли там молоко для котенка – а если найдется, то «возможно, зазеркальное молоко не очень-то годится для питья». Вне всяких сомнений, это так – по крайней мере, если пить его по эту сторону зеркала. Чтобы понять, почему мы должны вернуться к фундаментальному открытию Пастера, о котором Кэрролл мог хорошо знать: что молекулы могут быть как право-, так и левосторонними, хотя те, из которых состоят живые существа, обычно бывают лишь одного типа. И в Зазеральном доме молекулы в живых существах, конечно же, были бы другими[172].

Перейдем к сухому языку науки. Молоко представляет собой сложную смесь богатых энергией жиров, белков, например казеина, и углеводов, таких как лактоза. Проще всего рассмотреть белки, хотя аналогичные соображения применимы к лактозе и многим другим молекулам. Белки – это длинные цепочки простых молекул, аминокислот, на одном конце которых расположена аминная группа (-NH2), состоящая из атома азота и двух атомов водорода, а на другом – кислая карбоксильная группа (-COOH), состоящая из атома углерода, атома водорода и двух атомов кислорода. Аминная группа одной аминокислоты способна прикрепляться к карбоксильной группе другой, образуя составные молекулы, включающие десятки, сотни и даже тысячи аминокислот. Короткие молекулы называются пептидами, более длинные – полипептидами, а самые длинные – белками. Молекулы ДНК, несущие нашу наследственную информацию, функционируют почти исключительно посредством определения последовательности аминокислот в пептидах и белках. Последние в итоге становятся важнейшей составляющей наших мышц, клеток крови, зубов и иммунной системы; некоторые белки, например инсулин, работают как передатчики, другие образуют энзимы, сложные фрагменты биохимической машинерии, захватывающей одни группы молекул, перемалывающих их, реорганизующей и превращающей в другие. Без аминокислот жизнь на Земле едва ли была бы возможна[173].

Особенности аминокислот, как и большинства молекул нашего тела, связаны в основном с химическими свойствами углерода. Атомы отличаются своей валентностью, то есть количеством химических связей, которые они могут установить с другими атомами. Углерод четырехвалентен, следовательно, к нему могут прикрепляться четыре других атома. Валентность других атомов также различна – у водорода она равна единице, у кислорода – двум, у азота – трем. Поэтому к атому углерода могут прикрепиться четыре атома водорода, а так как к водороду уже больше ничего присоединиться не может, молекула полностью сформирована: CH4. Это газ метан, вещество, составляющее большую часть природного газа, который мы используем для обогрева и приготовления пищи. Схематически ее структура выглядит так:

У этого удобного и традиционного способа изображения молекул есть, однако, серьезный изъян. Молекулы не плоские, а трехмерные, и четыре атома водорода в метане расположены по углам трехгранной пирамиды, тетраэдра. Этой трехмерной структуре больше соответствует схема внизу, две ножки в правом нижнем углу выступают из страницы, а две другие соответственно погружены в страницу, словно ножки штатива:

В центре каждой аминокислоты находится атом углерода. К нему прикреплены четыре различные химические группы: аминная группа, карбоксильная группа, единственный атом водорода и «что-то еще» – боковая цепь, обычно обозначаемая как R. Именно благодаря R аминокислоты так отличаются друг от друга – аланин содержит метиловую группу CH3-, метионин представляет собой сложную цепь атомов CH3-S-CH2-CH2-, включающую серу (S), а такие аминокислоты, как фенилаланин, – сложные кольца атомов углерода. Хотя эти подробности нам не так уж важны, существенно, что если все прикрепленные к атому углерода химические группы различны, то вокруг находящегося в центре атома углерода они могут располагаться двумя способами. Лучше всего это видно на трехмерных схемах двух различных форм.

Хотя такие схемы – лишь грубый способ изображения трехмерных