Борис Смагин – Мудрость эксперимента (страница 17)

И «прохоровцы», так же как и физики МГУ, уверены, что рано или поздно придет время для осуществления несбывшихся надежд.

Самофокусировкой завершилось мое знакомство с оптической нелинейностью и работами кафедры волновых процессов МГУ.

Я оставляю комнату, где тонкий светящийся в жидкости шнур вытворяет чудеса, спускаюсь на первый этаж, открываю дверь и оказываюсь в привычном устойчиво-линейном мире безо всяких оптических подвохов.

После всех этих покушений на основы добропорядочной классической физики, после опытов, где неожиданность фигурирует как постоянный фактор, мне захотелось добротного эксперимента, когда элементарны приборы, однозначны выводы, а сама техника проста до примитива. Таким был когда-то физический эксперимент. Сохранился ли он где-нибудь в таком первозданном виде или это уже удел истории?

Оказалось, что подобный эксперимент существует. Более того, обретается он в непосредственной окрестности нелинейного мира, где я только что побывал. Между ними лежат лишь несколько сот метров, что отделяют физический факультет от лабораторного корпуса МГУ, где расположились биологи, у которых еще недавно физические методы исследования и интерпретация жизненных процессов с точки зрения точных наук вызывали активную неприязнь. А сейчас именно физические эксперименты являются решающим аргументом в защите той или иной гипотезы биологов!

ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ ЖИВОЙ КЛЕТКИ

Самая интересная область современной науки, несомненно, биология. Ее альянс с математикой, химией и физикой, появление работ на стыке всех этих наук — крайне заманчивое поле для работ экспериментаторов.

Большой лабораторный корпус МГУ — один из столичных центров биохимии. Несколько ступеней вниз— и из оживленного холла вы попадаете в низкий первый этаж, почти полуподвал, отрезанный от всех остальных помещений дверью с лаконичной надписью «Изотопная».

В комнате, что принадлежит биохимикам, никаких изотопов нет и в помине. Просто здесь тихо, меньше электрических наводок, лучше работается и людям, и приборам.

Спокойствие олицетворяет полутьма. Окна занавешены плотными шторами. Верхний свет выключен. Лишь настольная лампа освещает угол письменного стола, где свалены книги, статьи, бумага.

При всей статичности картины, она дышит внутренней динамикой, являясь внешним антуражем того, что происходит в комнате, где идет тонкий, яркий, неожиданный эксперимент.

В одном из отсеков измерительной установки, расположенной в вытяжном шкафу, то вспыхивает, то погасает лампочка. И в такт ей срывается с места стрелка вольтметра.

Система, преобразующая световые лучи в электричество, в середине двадцатого века ни у кого не вызывает удивления. Что тут особенного? Обыкновенный фотоэлемент. Подобные приборы давно уже заняли места и у лент конвейеров, и у входных дверей станций метро.

По сути дела, установка школьного курса физики— обыденная и потому малоинтересная.

Однако фотоэлемент, включенный в лаборатории, абсолютно уникальный, так как создан он живой природой. У родопсина, который дает возможность живым существам видеть, имеется бактериальный собрат. В пурпурных бляшках тела бактерий, населяющих соленые водоемы, гнездится свой родопсин — природный фотоэлемент, можно сказать, единственный в своем роде.

До сих пор эти бактерии были известны лишь как источник «своеобразной ржавчины», что покрывает порой испорченную селедку. И вот оказалось, что именно бактериородопсин несет чрезвычайно важную функцию, преобразует свет в электричество, осуществляя таким образом голубую мечту энергетиков.

Своеобразная электростанция живой природы? Феномен?

Для публичной демонстрации, несомненно, феномен. Но ученые считают, что природа создала массу аналогичных устройств в клетках и животных, и растений. Более того, как раз эта система типична для природы, разработана ею, как говорится, на все случаи жизни...

До недавнего времени технологические подробности происходящей в клетках трансформации энергии никому не были известны.

Эксперимент, за которым я слежу, как раз и должен снять покровы таинственности с основ жизненных процессов, прояснить особенности и принципиальные возможности биоэнергетики клетки.

Здесь, в этой маленькой комнате, идут измерения. В подвале работают физики. Их дело — сказать последнее слово о хитром сочетании различных приемов, что зовется биохимическим экспериментом.

Сами биохимики действуют наверху...

Члена-корреспондента АН СССР, доктора биологических наук Владимира Петровича Скулачева, вот уже долгие годы возглавляющего лабораторию биоэнергетики, человека блестящей эрудиции, тонкого мастера эксперимента и великолепного научного администратора (весьма нетривиальный случай) сами биохимики считают образцом целеустремленности и работоспособности. А прослыть среди биохимиков «работягой» нелегко. Работают они, пожалуй, как никто другой. Эксперимент в биохимии стал изощренным, длительным, требующим колоссальной затраты труда и времени.

В кабинете Скулачева висит цветная таблица, которую он привез с симпозиума, что летом состоялся в Венгрии. Это — карта гигантских географических открытий на крошечном пространстве живой клетки.

Сотни ферментов обслуживают ее, тысячью невидимых нитей собраны они воедино. Неисчерпаемость всего этого удивительного механизма, созданного миллионами лет эволюции, просто поражает воображение.

Всего несколько лет назад Скулачев был еретиком, защищавшим почти никем не разделяемые положения, человеком, чьи высказывания звучали, как «глас вопиющего в пустыне». Сейчас В. П. Скулачев и его постоянный соратник доктор биологических наук Ефим Арсентьевич Либерман — признанные корифеи биоэнергетики, почти непререкаемые авторитеты ее самой современной теории.

Но для этого потребовалось восемь лет упорного труда, дерзких, впечатляющих экспериментов, целеустремленности и редкой последовательности в исследовательских планах.

Говорит Скулачев спокойно, обстоятельно, без полемического задора. Полемика кончилась, тяжелые дни повального скепсиса давно позади.

— Ну, что же, поговорим подробнее о биоэнергетике клетки. Эксперимент вы видели, он, как мне кажется, весьма убедительный. Что касается основ нашей науки, то, видимо, придется прочитать популярную лекцию. Впрочем, я давно убедился, что знания на сей счет у неспециалистов весьма поверхностны.

Я соглашаюсь, и он привычно начинает чисто по-ильфовски (помните, из записных книжек: «...книга по высшей математике начинается словами: «Мы знаем...»):

— Как известно, — говорит Скулачев, — в клетках живых организмов происходит два основных энергетических процесса. Поступающие извне питательные вещества (мы называем их «субстраты») поглощаются клеткой. При этом происходит окисление, сопровождающееся выделением энергии.

Затем следуют еще какие-то преобразования, конечный результат которых — появление молекул АТФ — аденозинтрифосфата. АТФ — валюта клетки, ее унифицированная энергия, которую клетка сначала запасает впрок, а затем может тратить по своему усмотрению.

Все эти процедуры происходят во внутренних мембранах митохондрий — особых клеточных образований. Митохондрии — своеобразные клетки внутри клеток со своим собственным наследственным аппаратом. Некоторые ученые даже считают, что налицо специфический случай симбиоза обычной клетки и бактерии, которая когда-то в незапамятные времена попала внутрь клетки и, став митохондрией, прижилась там, получая от клетки питание и поставляя взамен энергию.

Задача биохимиков заключается в том, чтобы установить, каким образом происходит трансформация энергии в митохондриях, где одни ферменты занимаются окислением, при котором энергия передается клетке, а другие — аккумуляцией полученной энергии в АТФ. Вот, собственно, и все.

Прежде всего биохимики предположили, что переносом энергии занимается некое гипотетическое вещество. Ученые построили множество моделей этого процесса. В свое время каждый уважающий себя биохимик не избежал искушения предложить вниманию остальных свою собственную концепцию. Но теперь уже ясно, что этот путь не слишком перспективен. Беда всех схем одна. Они достаточно разумны, но не имеют ни малейшего экспериментального подтверждения.

— Не кажется ли вам, что поиски химического переносчика энергии чем-то напоминают попытки физиков обнаружить пресловутый теплород — переносчик тепла?

— В некотором смысле ситуация сходная. Кстати говоря, именно фиаско экспериментаторов, искавших теплород, привело к победе молекулярно-кинетической теории.

И у нас полное отсутствие сколько-нибудь достоверного экспериментального материала побудило биохимиков решительнее взяться за другие схемы передачи энергии. Многие склонялись к мысли, что химическая энергия окисления используется клеткой для механической работы, в процессе которой соответствующий фермент сначала «съеживается», сокращаясь в размерах, а потом, «расслабляясь», отдает запасенную таким образом энергию, чтобы создать еще одно химическое соединение. И уже оно переносит дальше энергию, используемую для образования АТФ. Есть еще несколько подобных же схем, которым, в общем, нельзя отказать в остроумии. Однако природа не вступила на этот путь, несмотря на всю его «бумажную элегантность», а выбрала более оригинальное и универсальное решение. Я говорю универсальное, потому что механизмы превращения энергии в мембранах митохондрий животных и растений, в мембранах хлоропластов, ответственных за фотосинтез в растениях, и, наконец, в бактериальных мембранах поразительно похожи друг на друга. Можно подумать, что механизм превращения энергии, изобретенный однажды биологической эволюцией, был использован затем без принципиальных изменений во всех дошедших до нас формах жизни.