Заглянем в будущее

Всякая полимерная молекула является макромолекулой, но не всякая макромолекула является полимерной. Приставка «поли», означающая «много», говорит сама за себя. Полимерными называют такие молекулы, которые построены из повторяющихся единиц. Нитка с нанизанными одинаковыми бусинками — вот подходящий зрительный образ для молекул вроде нейлона.

Долгое время синтез полимерных молекул заключался в создании таких условий, при которых одна бусинка присоединялась к другой любым способом. В каком смысле — любым?

Представьте себе, что бусинка не круглая, а овальная. Тогда можно собрать цепочку из бусинок, надетых на нитку в одинаковых положениях (скажем, все бусинки нанизаны длинной осью вдоль нити или, напротив, все — поперек). Так вот, на первых порах нанизывание бусинок происходило по закону случая (одна вдоль, другая поперек, третья под углом к оси молекулы). Однако затем был открыт способ получения упорядоченных молекул. Благодаря этому резко улучшились механические свойства синтетических материалов (чулки стали рваться пореже).

Стремление к упорядоченному программированному автоматическому синтезу длинных молекул является, как мне кажется, основной тенденцией химии больших молекул. В идеале синтез нужных макромолекул (нужного нового вещества) мог бы выглядеть так. В котел бросают частички А, Б, В, Г… Составляется программа построения нужных молекул, допустим, АВ АВГ. БАВГАБВАГВАГАГАБВА… Включается установка, и… синтез идет сам по себе. Лавры Артура Кларка, безудержного фантазера, меня не волнуют, и я остерегусь называть год и даже десятилетие, когда такой план действия станет реальностью. Но думаю, что это будет довольно скоро.

Нетрудно сообразить, что число новых молекул, которые можно создать, практически равно бесконечности. Может быть, когда-либо конструкцию новых молекул будут рассматривать как нечто вроде игры в шахматы. Скажем, выигрывает тот, кто составит более прочную молекулу, состоящую из одного «короля», одного «ферзя» и восьми «пешек»…

Но не стоит, наверное, считать, что человечество будет без конца придумывать все новые и новые вещества. Синтез макромолекул будет проводиться до тех пор, пока в этом будет иметься практический смысл. И все же надо заметить, что ждать каких-либо грандиозных событий в области производства синтетических тканей, видимо, не приходится. Конечно, чулки, джемперы и брюки из перлона, дакрона, кримплена каждый год становятся несколько лучше. Но прогресс не столь значителен, как хотелось бы, и, что самое интересное, все же хлопок, шелк и шерсть остаются вне конкуренции. Однако, пожалуй, не в этом будущее макромолекулярной химии. Тогда в чем же? В совершенствовании технических приемов?

Без сомнения, еще масса дела у технологов, озабоченных получением различных масел, присадок, покрытий, заменителей, металлов. И все же я сомневаюсь в том, что на этой дороге нас ждут революционные открытия. Да и, честно говоря, разве столь уж велика нужда в новых тканях, новых строительных материалах? Если как следует призадуматься, то придешь к заключению, что наука и техника дали человечеству все материалы, которые требуются ему для комфортабельной и интересной жизни.

Но есть одна область науки, которая находится еще в младенческом состоянии. Имеется в виду биология.

В то же время доказывать, что понимание биологических закономерностей позарез нужно людям, — значит ломиться в открытую дверь. Поэтому мне кажется, что будущее макромолекулярной химии в служении биологии. Человечество вплотную подошло к производству живого. Дело «за небольшим» — надо научиться изготовлять кирпичи, из которых построено живое. А оно построено из макромолекул.

Но прежде чем приступить к решению этой важнейшей и увлекательной проблемы, надо изучить, как работает фабрика жизни. Только тогда нам станут ясны те задачи, которые стоят перед химией больших молекул. Только тогда мы сможем прогнозировать создание новых веществ.

* * *

Можно ли методами химического синтеза создать живой организм?

Всего лишь несколько десятков лет назад даже постановка такого вопроса казалась святотатственной. Опытное же доказательство того, что жизнедеятельность есть сумма химических процессов, является важнейшим подтверждением основной идеи диалектического материализма, утверждающего единство мира.

Доказательства, о которых идет речь, получены в последние годы. Они революционизировали мышление людей, в том числе и тех, кто вроде бы нехотя «в принципе» соглашался, что живая материя состоит из тех же электронов и атомов, из которых состоят железные балки и каменные колонны. Это и понятно. Одно дело — некий абстрактный принцип, с которым ты миришься в полной уверенности, что реализация его практически невозможна. И совсем иначе начинаешь мыслить, когда узнаёшь механизм химического производства живого организма и видишь пусть на самом элементарном примере, что принцип работает.

История науки свидетельствует: если удалось осуществить какое-то явление хоть в самом незначительном масштабе, если продемонстрирована справедливость закона природы для простейшего случая, то экстраполяция является наизаконнейшим приемом. Из слабо мерцающей лампочки с угольной нитью рождаются лампы ярче солнца. Детская игрушка, состоящая из двух слабеньких магнитных полюсов и вращающейся между ними проволочной рамки, приводит к электрификации мира. От крошечного лабораторного экрана, светящегося под действием радиоактивных частиц, недолгим оказывается путь к высвобождению энергии, запрятанной в недрах атомов…

Поэтому нет сомнения в том, что первые удачные опыты по синтезу ДНК (мы расшифруем эти буквы чуть ниже), проведенные в 60-х годах, открыли дорогу к синтезу живой материи химическими методами.

Если еще каких-нибудь двадцать лет назад даже среди хороших биологов можно было найти таких, которые считали, что существуют «особые законы», справедливые только для живого, и возводили непреодолимую стену между живым и неживым, то теперь, мне кажется, трудно найти ученого, который не верил бы в возможность синтеза живой клетки.

Уверенность в том, что создание «фабрики живого» не является предметом, достойным внимания одних лишь авторов фантастических романов, основана прежде всего на достаточно ясном понимании механизма передачи наследственности и схемы производства белковых молекул-кирпичей, из которых строится живой организм. История этого достижения разыгралась на глазах одного поколения.

Классический период развития генетики, когда ген рассматривался как некая формальная, абстрактная и неделимая единица, закончился всего лишь лет тридцать назад. Результаты опытов по скрещиванию различных пород животных и сортов растений, находящиеся в превосходном согласии с законами, установленными Грегором Менделем в 1865 году, не позволяли грамотному и объективному исследователю сомневаться в существовании некоего носителя наследственности. Разумеется, большое число биологов задумывалось над тем, что же такое ген. Многие из них понимали, что надо перекинуть мост через овраг, разделяющий генетику и химию.

В конце 30-х годов удалось показать, что имеется прямая связь между цветом глаз мутантных разновидностей мушки дрозофилы и биохимическим синтезом пигмента, обеспечивающего мушкам цвет их очей. Поскольку этот биохимический синтез направлялся и контролировался определенной молекулой белка (такие «контролеры» называются энзимами), то отсюда был сделан вывод, что мутация, то есть изменение гена, влечет за собой потерю способности образовывать соответствующий энзим.

С каждым годом становилась все яснее важность этого направления исследований. Мушки дрозофилы оказались чересчур сложным объектом, и биохимики стали прослеживать идею связи генной структуры с синтезом вещества, который выполняет живая фабрика, на микроорганизмах.