Ю.Г. Кабалдин, В.И.Дементьев

КвАНТОВЫЙ ПОДХОД К ВОЗНИКНОВЕНИЮ жизни на земле

(Нижегородский государственный технический университет)

Некоторые особенности живой материи стимулировали поиск механизмов их возникновения в процессе перехода от неживого к живому. В частности, тот факт, что структуры ДНК и РНК правохиральны, а энзимы (белки) состоят из левохиральных аминокислот, инициировало работы, стремящиеся выяснить, каким образом в процессе эволюции биоорганические вещества стали монохиральными и на какой стадии – химической или предбиологических эпох. До настоящего времени этот вопрос не решён. Мы являемся сторонниками гипотезы абиогенеза, которая предполагает происхождение жизни путём усложнения продуктов неорганической природы и возникновения биополимеров, которые приобретают основные свойства (информацию) живого и способность к обмену веществ (метаболизма), как главному условию их существования в результате объективной редукции (ОР), а не постепенного превращения косной материи в живую.

Нами обоснована квантовая модель возникновения живого, согласно которой его первые элементы (в частности, аминокислоты), адсорбировались на космическую пыль, выполняющую роль катализатора, и подвергались поляризованному излучению света, например звёзд. Далее замёрзшая пыль опускалась на землю (в водную среду), формируя мембрану проницаемой протоклетки и стимулируя в ней биогенез других органических веществ. Подтверждением возможности реализации такого механизма возникновения жизни является то, что к близкой по существу модели пришли и итальянские учёные. Синтез жирных кислот, составляющих основу мембраны протоклетки, протекал абиогенно. На такую возможность указывали ещё опыты Миллера и Юри. Молекулы сложных жирных кислот (липидов) синтезируются из молекул жирных кислот и глицерина. Мембрана имеет, как правило, круглую форму – сферу. Это неудивительно, поскольку поверхностное натяжение и вязкость позволяют создать именно такую форму. Нами также разработана гипотеза, которая, по нашему мнению, может иллюстрировать начало эволюции метаболических процессов в протоклетке. При этом мы исходим из того, что молекула АТФ является одной из первых органелл, которая образовалась, благодаря способности запасать энергию Солнца и обусловила появление в ней белков. Наличие систем АТФ - сигнализации у разных форм жизни, далеко отстоящих друг от друга по уровню сложности (сине-зелёные водоросли, амёбы и т.д.), подтверждает мысль, что коммуникативная функция появилась у АТФ также давно, как и способность запасать энергию по квантовому механизму. Исследования молекулярной структуры пуриновых рецепторов привело к открытию на клеточной поверхности целого ряда каналов и ферментов. Поэтому можно полагать, что на первом этапе аминокислоты взаимодействовали с АТФ, излучающей – квант энергии (информацию), образуя промежуточное соединение АДФ и белки с выделением воды по квантовым механизмам (посредством электронов и протонов), а АДФ, поглощая квант света, вновь превращалась в АТФ. Современные ферменты - это тысячи аминокислот. Начиналось, по-видимому, со случайного образования цепочек из нескольких аминокислот. Центральным и трудным является вопрос о происхождении в протоклетке ядра. Предполагается, что оно могло образоваться из симбионта-прокариота. В этой связи, существует инвагинационная гипотеза, объясняющая появление ядра у клетки эукариота, митохондрий, рибосомы и других органелл.

Мы полагаем , что молекула АТФ, определившая начало протекания метаболических процессов в протоклетке, содержащая фосфор, сахар и азотистое основание (аденин), могла стать матрицей для формирования небольших структур (реплекаторов) типа РНК, которая, в процессе биогенеза явилась матрицей уже и для ДНК. Метаболические процессы и нелокальность атомов и молекул явились основой согласованного биогенеза других органелл в протоклетке. Существует гипотеза РНК-мира, где малые молекулы обладали свойством самовоспроизведения. В этой связи, РНК обладала суперпозицией квантового состояния: они имели каталитические и ферментативные свойства. Однако суперпозиция РНК, согласно квантовой физике, не могла долго сохраняться и эти две функции в процессе эволюции были переданы молекуле ДНК и белкам соответственно. Но квантовая суперпозиция предполагает и нелокальное взаимодействие частиц и молекул. В нашем случае ДНК должна была иметь информацию о синтезе белков, а белки информацию о механизме экспрессии её генов. Следовательно, такое квантовое свойство как нелокальность, определило появление генетического кода, т.е. взаимосвязь этих молекул через нуклеотиды. Известно, что генетический код является универсальным, триплетным. Однако косная материя, в частности, протон формируется тремя кварками, взаимодействующими с глюонами. Таким образом, триплетность оказывается универсальным механизмом кодирования как косной, так и живой материи и не является чисто биологическим явлением, либо результатом химической реакции, либо свойством химического взаимодействия веществ, инициирующих автокатализ. Группа учёных, в которую входили представители США и России, открыла у ДНК удивительную способность – всегда выстраиваться в правильную последовательность. Двойная спираль ДНК способна обнаруживать на существенном по молекулярным меркам расстоянии похожие отрезки другой молекулы. Это свидетельствует о квантовом механизме сборки ДНК. Иногда ДНК способно идентифицировать «чужака» и даже «собирать» генетическую информацию с родственной молекулы. Есть предположение, что способность к распознанию не может быть объяснено наукой – в рамках классической химии такой процесс просто не возможен. Нелокальный процесс сборки и обмен информацией между нуклеотидами в генах очевиден. Вместо последовательного присоединения нуклеотидов, к постоянно движущейся цепочки роста ДНК в процессе эволюции, вначале происходит их отбор в результате ОР квантовой суперпозиции, т.е. различных альтернативных сочетаний атомных структур - нуклеотидов (из-за квантовой операции U) с различной прочностью связей вследствие принципа неопределённости, т.е. существуют как сильные, так и слабые (водородные) связи. Таким образом, при сборке ДНК необходимо было, чтобы нуклеотиды были нелокально связаны между собой, обменивались бы информацией и нуклеотидная последовательность выстраивались бы комплементарно в цепочки ДНК в виде отдельного гена. Нелокальный ( информационный) характер сборки ДНК подтверждает тот факт, что гены, как правило, являются многофункциональными. Взаимодействия между биоструктурами преимущественно динамические, а не статические и связаны с передачей информации между структурами посредством электронов и ядер. В связи с этим, в последние годы все большее внимание уделяют изучению спиновых эффектов, электронных и ядерных, которые, как полагают, доминируют на начальной этапе распознавания молекул. Биомолекулы узнают друг друга на больших расстояниях и, если узнавание успешное, сближаются, при этом возможно изменение их структуры. Молекула ДНК относится к структурам с симметрией пятого порядка, т.е. к квазиструктурам. Одним из первых, идею организации структуры гена ДНК, дал Шрёдингер. Он исключил периодические структуры, т.к. они содержат малый объём информации, и ввёл понятие «апериодического» кристалла. Это регулярная структура, которая содержит значительно больше информации. Симметрия пятого порядка в основе которой лежит нелокальность, широко распространена в биологических объектах. Следовательно, переход от косной материи к живой сопровождался и изменением вида и числа симметрий у молекул. У растений формирование квазиструктур получило название - филотаксиса. Далее. Квантовые системы обладают мультистабильностью, т.е. способностью к запоминанию. При мейозе и морфогенезе клонированное квантовое состояние в виде информационного содержания передаётся (телепортируется) от зиготы к вновь образованным клеткам (новообразованиям) как по химическому, так и волновому механизму. Затем формируется классическая, т.е. биологическая система, где нелокальность уже реализуется посредством генетического кода. Начиная с возникновения Земли, Природа (внешняя среда) постоянно реализовывала ОР квантового состояния молекул, создавая различные виды живых организмов, коренным образом изменяя их информационное содержание, начиная с простейших (вирусов, бактерий).