Двойная спираль ДНК – это один из самых знаковых образов, связанных с наукой и часто обозначающих её. Но её симпатичная извилистая форма, скорее всего, не случайна. ДНК наших клеток практически всегда закручена вправо. То есть если поставить её горизонтально, она будет восходить от нижнего левого угла к верхнему правому. В очень редких случаях, при крайне специфичных условиях, она может образовывать спирали, закрученные влево. Однако наш генетический код действительно хранится практически исключительно в правосторонних спиралях. Именно их приспособлены расшифровывать наши клетки. То, что идёт в другом направлении, они просто не смогли бы прочитать!
Это очень строгое биологическое предпочтение. Оно распространяется на все формы жизни, что, согласитесь, довольно странно. Почему ДНК должна закручиваться одинаково во всех организмах? Основная гипотеза, объясняющая эту загадку, связана с формой нуклеотидов – тех кирпичиков, из которых она состоит. Они хиральны. Этот термин используется для описания объектов, которые являются зеркальным отражением друг друга относительно проведённой посередине оси, вроде правой и левой руки человека. Как бы вы не выворачивали одну свою конечность, вы не сможете сделать так, чтобы она стала на место другой. То же самое происходит и с хиральными молекулами. Двойная спираль ДНК закручивается вправо, однако если мы говорим о нуклеотидах, то в наших клетках присутствуют только левосторонние.
Почему все живые клетки пользуются только левосторонними нуклеотидами? Если сформулировать ответ предельно ясно и коротко, то, скорее всего, потому, что их банально было больше 4 миллиарда лет назад, в момент зарождения жизни. Но гораздо более интересный ответ можно, как кажется, найти в космосе. В виде высокоэнергетического излучения, известного под названием “космические лучи”. Попадая в атмосферу Земли, они разбивают молекулы газа на субатомные частицы, вроде электронов. При этом последние закручиваются. При этом опять на первый взгляд кажется, что они могут сделать это как влево, так и вправо. Но выяснятся, что у электронов есть одна забавная особенность – они предпочитают вращаться в левую сторону. Правостороннее кружение воспроизводится в лабораторных условиях, но в природе не наблюдается. И исследователи до сих пор не поняли, с чем это связано.
Как бы то ни было, уже пятьдесят лет назад ученые попытались сопоставить эту асимметрию электронов с отсутствием левосторонней ДНК в природе. Они предположили, что эти субатомные частицы, закрученные особым образом, с большей долей вероятности разрушают хиральные ДНК одного из двух типов, в результате чего доступной остаётся только правосторонняя. И в 2015 году ученые показали, что с физической точки зрения в этом нет ничего невозможного. Они обстреляли газ пучками электронов разнонаправленного вращения и обнаружили небольшую разницу. Вращавшиеся вправо элементарные частицы разрушили на 0,03% больше молекул газа, чем их коллеги, крутившиеся в другую сторону.
Это крошечное число. Но исследователи считают, что за миллиарды лет этот мизерный процент мог сложиться во что-то очень серьёзное. Кроме того, эта реакция могла быть усилена каким-то другим способом. В любом случае, если левосторонние нуклеотиды даже немного более устойчивы к космической радиации, это всё равно будет эволюционным преимуществом для правосторонних спиралей. Естественно, упомянутый эксперимент продемонстрировал только то, что электроны могут иначе взаимодействовать с разными молекулами. Он не имел прямого отношения к ДНК. Но это первый шаг к пониманию того, почему наши клетки наделены таким сильным предубеждением против левосторонней ДНК.
