4.2. Космология и биология.

В современной космологии, тесно связанной с физикой элементарных частиц и устанавливающей контакт с другими научными дисциплинами, в том числе и биологией, имеются открытия и идеи, непосредственно связанные с проблемой происхождения и развития жизни. Прежде всего теория Большого взрыва позволяет объяснить возникновение жизни на основе идеи о самоорганизующихся системах²⁹⁵. Так как изначально горячая Вселенная в ходе эволюции стала охлаждаться, то в охлаждающейся системе многие процессы протекают самопроизвольно. В этом плане характерен пример возникновения двойной спирали ДНК — одной из сложнейших структур биосистемы. В процессе охлаждения Вселенной при достаточно высокой температуре вещества начали образовываться отдельные молекулы. Потом в связи с дальнейшим охлаждением молекулы стали образовывать нити, существование которых невозможно при более высокой температуре. В конечном счете молекулы собираются в строго определенном порядке: звено нити с «неправильной» молекулой имеет меньшую энергию и разрушается под действием теплового движения. Результатом этого процесса является «правильная» нить: энергия «разрушения» нитей в двойной спирали в несколько раз меньше разрыва энергии одной нити, поэтому при дальнейшем охлаждении нити начинают свиваться в двойную спираль с «правильным» расположением молекул. Достаточно наличия сложных молекул, тогда двойная спираль образуется естественным путем и объяснение, требующее сверхъестественных сил, отпадает.

Представляет интерес идея «космологизации» (например, оси времени) лабораторных и кварковых, атомно-ядерных и даже биологических процессов, выдвинутая такими крупными учеными, как И.Р. Пригожин, В. Гейзенберг, Д. Иваненко и др. Рост энтропии во Вселенной устанавливает ось времени, нарушая обратимость уравнений механики и электромагнитного поля. «Мы искали общие, всеобъемлющие схемы,— пишет И. Пригожин,— которые допускали бы описание на языке вечных законов, но обнаружили время, события, частицы, претерпевающие различные превращения. Занимаясь поиском симметрии, мы с удивлением обнаружили на всех уровнях - от элементарных частиц до биологии и экологии — процессы, сопровождающиеся нарушением симметрии... На наших глазах возникает новое единство: необратимость есть источник порядка на всех уровнях. Необратимость есть тот механизм, который создает порядок из хаоса»²⁹⁶. Именно универсальная «космологизация» оси времени указывает на то, что только в хаосогенных областях Вселенной возникает жизнь, в том числе и мыслящие существа, что возникновение жизни в хаосогенных областях Вселенной означает новый этап в ее развитии. Не исключено, что жизни, особенно ее высшим формам, характеризующимся определенной упорядоченностью, суждено распространиться по всей Вселенной и подчинить ее своему владычеству.

На связь космологии и биологии указывает и удивительное подобие глобальных пространственных свойств Вселенной и локальных характеристик организмов и биомолекул. Об этом свидетельствует результат научных исследований. Прежде всего заслуживают внимания изложенные нашим ученым Б.В. Пресновым проблемы, связанные с топологической моделью биологической формы. Оказывается, существует идентичность топологических структур организма и нашей Вселенной — организм животного представляет собой тор, а Вселенная рассматривается в топологическом плане как совокупность бесконечного числа торов. Одна из важнейших проблем биологии — почему та или иная геометрическая форма присуща животному или растению и что ее определяет?²⁹⁷ Нужно отметить, что пространственные формы вирусов и бактериофагов подобны правильным геометрическим конструкциям, что самосборка этих структур аналогична процессу кристаллизации, что вообще формы организмов обладают симметрией.

С геометрической точки зрения организм есть ориентируемое трехмерное многообразие, само же развитие организма, например животного, представляет собой временную последовательность трехмерных сечений этого многообразия. Вместе с тем наша Вселенная в плане топологии есть произведение прямой времени на неодносвязное компактное трехмерное многообразие²⁹⁸. Подобного рода тождественность присуща не только Вселенной и организму, но и Вселенной и ДНК, ибо и последняя обладает определенной топологией, проявляющейся в так называемых кольцевых ДНК. Это значит, что набор возможных связей биомолекулы зависит от топологических ограничений; поэтому кольцевая ДНК обладает свойствами, коренным образом отличающими их от линейных молекул. Накопленные данные показывают, что кольцевая форма ДНК является основной при ее функционировании в клетке, что обусловленные топологией свойства кольцевых ДНК играют существенную роль в биологических процессах. В середине 70-х годов нашего столетия было установлено, что огромные молекулы ДНК высших организмов состоят из множества петель, каждая из которых по своим свойствам аналогична кольцевым ДНК. Примерно в это же время были открыты ферменты, регулирующие уровень сверхспирализации ДНК в клетке — важнейшего свойства, присущего этой форме ДНК. Постепенно стало ясно, что кольцевая форма ДНК и связанное с ней явление сверхспирализации играют весьма важную роль в живых организмах²⁹⁹. Таким образом, пространственные параметры живого вещества — от ДНК до человека — детерминированы топологическими свойствами Вселенной, что также свидетельствует в пользу космической природы генезиса жизни.

Данные космохимии и астрофизики показывают определенную близость или тождественность космического и земного веществ. Основные составные элементы живого вещества представляют собой широко распространенные в космосе химические элементы, причем четыре из них Н (водород), С (углерод), N (азот), и О (кислород) относятся к типичным биофильным элементам природы. Водород образует связи, без которых невозможно функционирование белков, нуклеиновых кислот. Углерод позволяет формировать длинные цепи, что приводит к возникновению бесчисленных полимеров. Сера и фосфор образуют кратные связи, создавая тем самым условия для поглощения энергии и ее переноса определенными дозами, причем сера входит в состав белков, а фосфор в состав нуклеиновых кислот. Эмпирические данные и теоретические концепции науки конца XX в. указывают на космический характер жизни³⁰⁰.

Взаимосвязь космологии и биологии проявляется в присущей биосфере асимметрии живых систем на молекулярном уровне. Не так давно обнаружено космофизическое электромагнитное поле, которое имеет отношение к существующей в биосфере молекулярной асимметрии. Биосфера практически использует неравноправие правых и левых форм в виде только левоспиральных молекул аминокислот и только правоспиральных молекул сахаров, в ней нет зеркальных изомеров молекул аминокислот и сахаров. Проблема молекулярной асимметрии или диссиметрии в биосфере связана с решением фундаментальных проблем современной физики, начиная с атмосферной оптики и кончая космофизикой и теорией слабых взаимодействий (все важные вещества организмов состоят из диссиметричных, или, как принято говорить, хиральных молекул, могущих существовать в двух зеркально-симметричных формах)³⁰¹. И хотя ряд вопросов уже прояснен, однако проблема происхождения диссиметрии биосферы далеко не решена, что открывает широкое поле для разнообразных гипотез и дальнейших исследований.

Универсальный регуляторный механизм, присущий всем живым организмам, состоит в управлении биологическими функциями биополимеров при помощи воздействия на их конформацию — пространственную укладку макромолекулярной цепи. Изменение геометрии всей макромолекулы (изменение ее конформации) ведет к изменению ее функций, регуляторным механизмом в этом случае могут быть весьма слабые асимметричные электромагнитные поля. «Если асимметричные (хиральные) поля космофизического происхождения действительно способны оказывать влияние на уровень метаболизма живых существ по универсальной схеме «конформация — функция», то асимметрия (хиральность) биологических структур может предоставлять организмам не только кинетические преимущества в сравнении с организмами, построенными на рацемической, симметричной основе, но и преимущества, обусловленные возникновением особого универсального канала связи с внешней средой — канала, которого была бы лишена симметричная жизнь. Такой канал может выполнять важнейшую общебиологическую роль — с его помощью возможна синхронизация процессов, происходящих в разных независимых частях биосферы, с ритмическими процессами, протекающими в ближайшем космическом окружении Земли и способными порой оказывать существенное влияние на условия обитания организмов»³⁰².

Следует отметить, что в последнее время международная группа исследователей обнаружила еще один интересный аспект отношения биологии и космологии (астрономии). Оказывается асимметрия в структуре молекул аминокислот, которые входят в состав живых организмов, может быть связана с циркулярно поляризованным звездным светом на ранних этапах зарождения жизни на нашей планете. В связи с этим возникает еще один вполне закономерный вопрос: «обязательно ли циркулярная поляризация звездного света должна приводить к появлению L-аминокислот земного типа? Быть может в других галактиках проживают наши углеводородные зеркальные двойники, белки которых состоят из правых аминокислот, а сахара там – левые»³⁰³.