Уравнение Бога (Натур-философия натур) — различия между версиями

Диоксиметилен легко, особенно при нагревании, растворяется в разбавленных растворах едкого кали и едкого натра, в баритовой или известковой воде и быстро претерпевает полное превращение. Реакция диоксиметилена с известковой водой протекает особенно чисто; поэтому я изучил её подробнее. Прилив избыток известковой или баритовой воды к диоксиметилену и нагрев раствор до кипения, в первые мгновения не наблюдают<ся> изменения в цвете. Однако скоро, даже при прекращении нагревания, жидкость принимает желтоватую окраску, которая быстро переходит в довольно интенсивную жёлто-коричневую. В то же самое время характерный запах диоксиметилена постепенно исчезает, уступая место новому, напоминающему запах жжёного сахара. Газ во время реакции не выделяется. Если прибавлять понемногу известковую воду, поддерживая смесь при температуре, близкой к температуре кипения, и прекратить приливание в момент появления окраски, то можно получить нейтральную жидкость, из которой ток углекислоты не выделяет осадка.^[15]:63

Из спиртового раствора, выпаренного под колоколом воздушного насоса, получилось довольно чистое некристаллизующееся вещество. Оно обладает запахом, похожим на запах сиропа, приготовленного из жжёного сахара, и вкусом, напоминающим лакрицу, но имеет слегка кислую реакцию на лакмусовую бумажку. При сожжении на платиновой пластинке вещество ведёт себя, как и другие сахаристые вещества <...>.
Все эти характерные свойства одно за другим свидетельствуют о близком сходстве между этим новым соединением и настоящими сахаристыми веществами...^[15]:64

Как бы то ни было, очевидно, что новое сахаристое вещество по своему составу приближается к телам, образующимся из маннита и родственных ему соединений с потерей ими одной молекулы воды. Я предлагаю называть его пока метиленитаном. <...>
Можно задать вопрос: не принадлежит ли метиленитан к полиалкоголям, аналогичным тем, которые производятся от гликола и глицерина? Однако согласно нашим теперешним сведениям о нем, его состав противоречит такой точке зрения. Впрочем, не будут ли также полиалкоголями и некоторые настоящие сахаристые вещества?
Как бы то ни было, получение метиленитана является фактом замечательным: это первый пример образования вещества, обладающего свойствами настоящего сахаристого тела, за счет наиболее простых органических соединений и, если принять во внимание весь ряд превращений, исходной точкой для которых является этильный алкоголь, ― могущего образоваться даже из элементов.
Таким образом, это первый полный синтез сахаристого вещества.^[15]:65-66

В 1861 г. Бутлеров делает замечательное в истории химии открытие, а именно: при действии известкового раствора на диоксиметилен он впервые получает путём синтеза сахаристое вещество, которое он называет «метиленитаном». Этим синтезом он как бы завершает ряд синтезов классиков органической химии: Вёлер синтезирует щавелевую кислоту (1826) и мочевину (1828), Кольбе ― уксусную кислоту (1848), Вертело ― жиры (1854) и, наконец, Бутлеров ― сахар (1861).^[31]

У химиков-органиков есть добрая традиция называть именами собственными наиболее общие и оригинальные реакции. Так вошли в мировую научную литературу реакции Зинина, Фаворского, Бутлерова, Реформатского и многих других замечательных учёных. Среди этих «именных» реакций почётное место занимает по праву и реакция Арбузова.^[32]

Читатель сразу спросит: «А что, уже известны такие автокаталитические реакции с мутациями автокатализатора и с элементами «естественного отбора»? Известна по крайней мере одна, и довольно хорошо — это так называемая «формозная» реакция Бутлерова, которая была открыта в России почти 150 лет тому назад. Синтез сахаров из молекул формальдегида
n CH₂O → (CH₂O)_n
протекает в присутствии ионов кальция или магния при комнатной температуре в водных растворах. Автокатализаторами в реакции Бутлерова служат синтезируемые в ней же сахара. Интересно, что эту реакцию активно исследовали в 70-х годах прошлого века, поскольку хотели с её помощью получать искусственную пищу во время длительных полетов на Марс. Но безуспешно: направить реакцию Бутлерова на синтез сахаров какой-либо заранее заданной структуры так и не вышло. Всегда получался целый набор продуктов самой различной структуры, который включал не только полезные, но и ядовитые сахара. Проблему бросили, так и не решив.^[24]

Отличие нуклеотидов РНК от нуклеотидов ДНК ещё меньше — немного различаются азотистые основания, да в сахарном остатке ДНК не хватает одной гидроксигруппы. Причём если уже есть молекула сахара, то фосфорные и азотные соединения, необходимые для построения нуклеотидов, присоединяются к ней сами без серьёзных проблем. Надо отметить, что и другой важный химический компонент живых организмов — переносчик энергии АТФ (аденозинтрифосфат) — тоже содержит моносахарид рибозы. То есть сахара — основа всего живого. И именно молекулы на основе сахаров, а не аминокислот (и следовательно, не белки) ответственны за биологическую память, то есть за отличие живого от неживого.
Для того чтобы экспериментально подтвердить наши предположения, несколько лет назад мы возобновили исследования реакции Бутлерова в Институте катализа. Прежде всего надо было выяснить, какие же типы сахаров — наиболее активные автокатализаторы в этой реакции. Это могло бы подсказать и ответ на вопрос, действительно ли возможен естественный отбор в реакции Бутлерова. Следующий принципиальный вопрос — какую роль в реакции играют ионы кальция или магния и каков механизм их каталитического действия.

В качестве затравки мы использовали самые разные сахара, но химический анализ на очень чувствительных хроматографах каждый раз показывал, что состав продуктов абсолютно одинаков. Мы обнаружили в продуктах более 14 различных сахаров, но только три из них — глюкоза, сорбоза и эритроза — широко известны. Четыре продукта неизвестны до сих пор, и это вопрос, на который предстоит ответить в ближайшее время. Ответ на него может оказаться очень важным, поскольку биохимики считают, что для образования первичных нуклеотидов не нужна была именно рибоза, всё могло начаться и с других её аналогов. Откуда взялись самые первые молекулы сахаров, которые запустили автокаталитическую реакцию, мы уже знаем. Согласно нашим экспериментам, упомянутые выше простейшие сахара можно получить и без реакции Бутлерова, просто облучив водные растворы формальдегида УФ-светом.

В самые последние месяцы вообще обнаружилась фантастическая вещь. Если вместо катионов кальция взять его соль с фосфат-анионами (обычный природный апатит), то в реакции формальдегида с простейшими сахарами (которые, как было доказано, могли образоваться под действием света) почти селективно (!) получается... долгожданная рибоза! Вот так! Природа, вероятно, очень ловко обошлась малыми средствами. Замечу, что в апатите есть и фосфатные группы, так необходимые для создания нуклеотидов. Входят фосфаты или нет в синтезируемые сахара — покажет будущее.
Нельзя исключить, что реакция Бутлерова — не единственная автокаталитическая реакция, положившая начало естественному отбору и «жизни». Однако другие такие реакции пока не известны — надо искать.

Теперь вернёмся к мутациям (всё-таки воспользуемся этим биологическим термином, поскольку трудно подобрать более адекватное слово) сахаров-автокатализаторов и к тому как закрепляются эти мутации в нашей системе. Полезные мутации в живых организмах крайне редки, и ещё реже вероятность их фиксации. Поэтому естественный отбор в живой природе идёт очень медленно. В тех условиях, в которых сейчас мы изучаем реакцию Бутлерова, и полезные, и вредные мутации происходят за очень короткие промежутки времени. По-видимому, это считанные минуты, а более точно покажут исследования. В любом случае это совершенно другой масштаб времени и совершенно другая скорость первичного химического отбора, чем предполагалось ранее. Это означает, что первые прототипы живых объектов действительно могли появиться буквально за считанные миллионы, а может быть, даже сотни тысяч лет. Миллиарды лет были для этого не нужны, о чём свидетельствует и геология.
Более того, гипотеза о важной роли автокаталитического синтеза сахаров мождет пролить свет и на появление хиральности в живом мире. Хорошо известно, что существуют «правые» и «левые» изомеры сахаров, и в живых организмах почему-то представлены только правые (а вот аминокислоты, напротив, только левые). Если исходить из нашей гипотезы, то получается, что присутствие в живых организмах именно правых измеров — случайность. Молекулы практически всех сахаров обладают свойствами хиральности, которая имела существенные «эволюционные» преимущества над другими, очень быстро могла съесть остальные. После этого природе уже ничего не оставалось, кроме как использовать эту случайную правую молекулу для построения более сложных, а затем и живых организмов.

Мы пока не затрагивали вопрос о том, откуда берутся фазово-обособленные формы. Можно надеяться, что исследование реакции Бутлерова и других автокаталитических реакций поможет ответить и на этот вопрос. Однако уже сейчас известно, что такие системы существуют — например, реакции каталитического синтеза полимеров (полипропилена или полиэтилена). Полимер формируется сразу в виде отдельной фазы — микрогранулы или глобулы, внутри которой работает катализатор, наращивающий продукты вокруг себя.
Из всего этого следует ещё один заранее неочевидный, но очень важный вывод: если всё происходило именно так, как мы говорили выше, то появление жизни на основе именно РНК и ДНК предопределено. То есть, других форм жизни появиться не могло. И значит, РНК и ДНК образуются на любой планете, геологическая история которой сходна с историей Земли.^[24]

7.1.1. Предбиологическая эволюция и разнообразие предбиосферы
Следы жизни фиксируются в породах возрастом 3,8-3,3 млрд лет (Shopf, Parker, 1987), при том что возраст Земли ~ 4,5 млрд лет, а гидросфера появилась ~ 4,2 млрд лет назад (Joyce, 2002). Объяснить появление жизни за такой малый срок можно, учтя нелинейный эффект дарвиновского отбора (когда малые изменения молекулярных свойств белков системы ведут к непропорционально большим изменениям всей системы), параллельную эволюцию многих функциональных блоков и комбинаторное объединение таких проверенных отбором блоков в функциональные единицы высшего уровня иерархии.* Впрочем, органический субстрат для происхождения жизни мог синтезироваться <и более> длительное время на стадиях протопланетной эволюции (Chyba, McDonald, 1995; Snytnikov et al., 2002). Нелинейные эффекты отбора есть уже в автокаталитических реакциях нематричного синтеза сахаров (реакция Бутлерова). При недостатке субстрата в них «вымирают» неэффективные молекулы-автокатализаторы (Пармон, 2002).
Возникшая в ходе подобных реакций на ранней Земле рибоза, реагируя с фосфат-ионами, могла дать начало АТФ и рибонуклеотидам (Галимов, 2001). Возможно, в результате реакций между ними появились первые биополимеры, нематричный синтез которых мог идти на неорганических катализаторах (<в частности, на> кристаллах (Берналл, 1969), монтмориллоните (Ertem, 2004), абиогенных битумах (Юшкин, 2002) и пр.), каталитически активных в силу упорядоченности структуры (Берналл, 1969). Эти органические протоферменты вовлекались в циклы реакций синтеза органики: метаэнзимные пути (Lazcano, Miller 1999; Wachtershauser, 1990). Изменения среды (колебания температур в гидротермах, высыхание и увлажнение монтмориллонита и т.д.) тестировали такие ансамбли молекул, выбраковывая неэффективные фракции. Это обедняло «пробиоразнообразие», но повышало приспособленность «выживших».
Селекс-эксперименты с РНК (Unrau, Ваrtel, 1998) подтверждают данный сценарий. После амплификации «популяцию» молекул тестируют на какое-либо свойство — отбор уничтожает неоптимальные варианты, затем молекулы РНК снова амплифицируют и т.д. Уже здесь наблюдается дискретность эволюции: рост разнообразия (амплификация), его падение (отбор) и восстановление из немногих молекул-основателей. Аналог этого есть в динамике таксономического разнообразия: новые таксоны возникают в результате сочетания механизмов, почти неотличимых до стадии полного тождества.^[33]

Открытия в области катализа были сделаны и в России. Развитие теории строения органических соединений, созданной А. М. Бутлеровым, привело к успешному применению катализа в органической химии. В семидесятые годы XIX века Бутлеров сумел превратить олефины в спирты путём присоединения воды с участием серной кислоты. Ещё одна каталитическая реакция, открытая Бутлеровым, — полимеризация олефинов в присутствии серной кислоты, ортофосфорной кислоты, трифтрида бора и других веществ.^[34]

Формальдегид является наиболее известным примером неенолизируемых альдегидов. Этот факт был открыт одним из отцов-основателей органической химии, Александром Михайловичем Бутлеровым, ещё в 1859 году. Бутлеров обнаружил, что водный раствор формальдегида в присутствии извести превращается в сахарный сироп. Другой великий химик, Эмиль Фишер, более детально изучив это превращение полвека спустя, обнаружил, что на самом деле продуктом реакции является сложная смесь рацемических углеводов. Смеси было дано название «формоза», а реакции – формозная реакция. Эта реакция очень интересна, так как именно таким образом могли образоваться сахара до появления жизни на Земле. Также это весьма многообещающий с практической точки зрения процесс получения сахаров для биотехнологий, так как формальдегид <CH₂O> может быть легко получен в огромных количествах из воды и угля.^[35]

После опытов Миллера <...> были открыты и другие химические реакции, способные производить органику в условиях древней Земли. Одна из интенсивно изучаемых таких реакций — формозная реакция Бутлерова, открытая ещё в 1865 году: водный раствор формальдегида (СH₂O) с добавлением Ca(OH)₂ или Mg(OH)₂ при небольшом нагревании превращается в сложную смесь сахаров.^[19]

Изучению реакции <Бутлерова> много лет мешал её капризный характер — колбу с раствором надо было греть несколько часов без всяких видимых изменений, как вдруг за считанные минуты раствор желтел, затем коричневел и загустевал. А если исходные реагенты были очень чистыми, то реакция не шла вовсе. Причиной «капризов» оказался автокаталитический характер реакции: сначала формальдегид медленно превращается в двух- и трёхуглеродные сахара (гликоальдегид, глицеральдегид и дигидроксиацетон), которые затем катализируют синтез самих себя и более крупных сахаров. Если к исходной смеси сразу добавить чуть-чуть гликоальдегида или глицеральдегида, то реакция запускается почти сразу. Другой способ ускорить её — осветить раствор ультрафиолетом, под действием которого отдельные молекулы формальдегида соединяются в гликоальдегид.

Обычно в реакции Бутлерова получаются сложные смеси сахаров, где сахара, характерные для живых клеток, перемешаны с огромным разнообразием семи-, восьми-, девятиуглеродных сахаров и даже более сложных. Это долго не давало возможности привлечь её к предбиогенному синтезу. Однако в последние годы обнаружилось несколько способов, позволяющих избирательно накапливать отдельные сахара, именно те, что нужны для биохимии. Например, при добавлении растворимых силикатов, таких как Na₂SiO₃, силикат-анион образует комплексы с четырёх- и шестиуглеродными сахарами, которые выпадают в осадок и далее не участвуют в реакции. Так накапливаются сахара, имеющие две соседние гидроксильные группы с одной стороны: эритроза, треоза, глюкоза, манноза <...>. Если же в реакционную смесь добавить гидроксиапатит Ca₃(PO₄)₂ • Ca(OH)₂, то на его поверхности практически избирательно осаждается рибоза <...>. Соли борной кислоты тоже избирательно осаждают из реакционной смеси рибозу...

Ещё один избирательный катализатор реакции Бутлерова — комплекс аминокислоты пролина с ионом цинка. Он также останавливает реакцию на стадии пяти- и шестиуглеродных сахаров, и, что ещё важнее, он стереоспецифичен! Комплекс «левого» пролина с цинком избирательно синтезирует «правые» сахара. Ряд других аминокислот, например глутамин и лейцин, тоже обеспечивают стереоспецифичный синтез «правых» сахаров в присутствии «левых» аминокислот, но не останавливают его на стадии рибозы и шестиуглеродных молекул.

Вовремя остановив упаривание, можно получить чистые кристаллы одного изомера и равную их смесь в растворе.
Большинство аминокислот ведут себя противоположным образом: при упаривании раствора сначала выпадают рацемические кристаллы (с отношением изомеров 1:1), и раствор обогащается тем изомером, которого было больше в исходной смеси. Так, из раствора фенилаланина с отношением изомеров 52:48 удалось в два цикла упаривания получить раствор с долей L-изомера 90%. Аналогично ведёт себя и главный оптически активный промежуточный продукт (и автокатализатор) реакции Бутлерова — глицеральдегид. Пяти- и шестиуглеродные сахара неспособны к такой самоконцентрации оптически активного изомера, но рибоза в составе нуклеозидов (сахар плюс азотистое основание; если присоединить к нуклеозиду остаток фосфорной кислоты, получится нуклеотид) тоже, подобно аминокислотам, предпочтительно кристаллизуется в соотношении изомеров 1:1 и может накапливаться в растворе в оптически чистой форме. <...>
Таким образом, достаточно, чтобы в синтез Сазерленда попал раствор аминокислот, хирально обогащённый путём частичной кристаллизации. <...> Как видим, проблема разрешима и без вмешательства [[|высшего разума]].^[19]

Как выяснилось уже значительно после смерти автора исследования, «реакция Бутлерова» носит не только живой, но и частично самозамкнутый характер, представляя собой химическое подобие (прото’модель) живого организма. Чутко отзываясь по ходу течения процесса на условия окружающей среды, микропримеси (сторонние катализаторы) и собственные продукты «жизнедеятельности», она произвольно меняет конечный результат (прото’метаболизм). Очевидно, что профессор Бутлеров, смешивая реагенты, в качестве побочного результата получил химический вариант жизни в колбе и, одновременно, прямой путь дальше, в её сторону.^[20]

...молекулам-потомкам должны передаваться не только «общеродовые характеристики» родительской молекулы, но и её индивидуальные, частные особенности, которые время от времени подвергаются небольшим случайным изменениям. Эти изменения обязательно тоже должны наследоваться. Системы, способные размножаться и обладающие наследственной изменчивостью, называют репликаторами. <...>
Пример размножения без наследственной изменчивости ― автокаталитическая реакция Бутлерова. В ходе этой реакции формальдегид (CH₂O) превращается в сложную смесь разных сахаров, причём катализатором реакции служат те самые сахара, которые в ней образуются. Именно поэтому реакция и является автокаталитической: её катализируют её собственные продукты. Такую реакцию можно описать в терминах размножения, изменчивости и наследственности.
Молекулы сахаров катализируют синтез других молекул сахаров: можно сказать, что они размножаются, используя формальдегид в качестве «пищи». У них есть и изменчивость, ведь в итоге получается смесь разных сахаров. Но вот наследственной эта изменчивость не является, потому что состав получающейся смеси практически не зависит от того, какие именно сахара катализировали реакцию. Вот если бы, скажем, рибоза избирательно катализировала синтез именно рибозы, но при этом иногда «по ошибке» синтезировались молекулы глюкозы, которые начинали бы избирательно катализировать синтез других молекул глюкозы, тогда мы могли бы сказать, что в системе есть наследственная изменчивость.^[36]

Типичный пример автокаталитической реакции — так называемая реакция Бутлерова, ходе которой из формальдегида образуются сахара, которые сами и являются катализаторами этой реакции. Это значит, что после появления в реакционной смеси первых молекул сахара процесс превращения формальдегида в сахара начинает самопроизвольно ускоряться и становится лавинобразным. <...>
От сложного и эффективного автокаталитического цикла уже недалеко и до настоящей жизни, ведь жизнь в основе своей — это самоподдерживающийся, автокаталитический процесс.^[36]

Проблема возникает с «затравкой»: та же реакция Бутлерова не начнётся, если <пока> в среде изначально не будет хотя бы небольшого количества углевода-катализатора. Несколько упрощает проблему гипотеза, предложенная А.Д.Пановым из Иститута ядерной физики. Известно, что небесные тела могут обмениваться веществом: при столкновении планеты крупным астероидом из её поверхности выбиваются фрагменты породы, которые могут улететь в космос и попасть на другие планеты. По расчётам Панова, благодаря такому «метеоритному обмену» возникшее ходе химической эволюции на одной из планет полезное новшество (например, эффективный катализатор) может течение обозримого времени попасть в другие звёздные системы, а за несколько сотен миллионов лет ареал распространения новшества может охватить всю галактику...^[36]

Распознавание изомеров друг другом может происходить не только при образовании красталлов. В 1996 году коллективом японских химиков была открыта реакция, названная по имени руководителя группы — реакция Соаи (Blackmond, 2010). В ней из двух оптически неактивных веществ (пиримидиновый альдегид и цинкоорганическое соединение) образуется оптически активный пиримидиновый спирт, причём соотношение изомеров далеко от 1:1 и случайно меняется от опыта к опыту <...>. Загадочные свойства этой реакции десять лет не удавалось объяснить, но теперь мы знаем, что тут действует три фактора:
► эта реакция автокаталитическая — её конечный продукт ускоряет собственный синтез, как и в реакции Бутлерова;
► автокатализ в реакции Соаи стереоспецифичен. Левый изомер ускоряет синтез левого изомера, а правый — правого;
► молекулы продукта в растворе объединяются попарно. Пары L-L и D-D обладают каталитической активностью, а L-D — нет.
В результате небольшой случайный избыток одного изомера продукта будет усилен во много раз, причём, чем дольше идёт реакция — тем сильнее. К сожалению, реакция Соаи и другие открытые учёными реакции с подобными свойствами не имеют никакого отношения к аминокислотам, нуклеотидам и вообще биохимии, но, возможно, аналогичные реакции с аминокислотами в природе тоже будут найдены.^[28]

На древней Земле такие процессы могли происходить, например, в окрестностях вулкана: сначала синильная кислота из дождей и вулканических газов попадает в озеро с обогащённой железом геотермальной водой, и там накапливаются гексацианоферраты. Потом повышение активности вулкана выпаривает озеро, и разные соли откладываются на его дне кольцами: менее растворимые выпадают в осадок первыми и откладываются ближе к исходным берегам, а более растворимые остаются на самом глубоком месте озёрной котловины. Потом вулканическое тепло прокаливает осадки гексацианоферратов, а когда вулкан успооится и высохшее озеро вновь зальёт геотермальной водой с сероводородом, по запёкшейся корке солей потекут ручьи из концентрированных растворов цианида и цианамида, в которых пойдёт синтез нуклеотидов.
На основе акрилонитрила и цианоацетилена в этих условиях получаются не только нуклеотиды, но и дополнительные аминокислоты. Акрилонитрил присоединяет аммиак и превращается в бета-аминопропионитрил, который через несколько стадий может присоединить ещё одну молекулу цианида и превратиться в малеонитрил <...>. Из малеонитрила образутся аспарагиновая кислота и глутаминовая кислота. Таким образом, из четырёх простых веществ (синильная кислота, сероводород, цианамид и ацетилен) получаются не только все четыре нуклеотида, но и десять из двадцати белковых аминокислот. Что ещё интереснее, в этой сложной сети реакций практически не образуется никаких веществ, которые не встречались бы в современных клетках, — в отличие от аппарата Миллера и реакции Бутлерова! Значит, цианосульфидные реакции могли определить исходный набор нуклеотидов и аминокислот, из которых строились первые живые системы.

Как от избытка левых аминокислот перейти к избытку правых сахаров? Можно предположить, что аминокислоты могут вмешиваться в реакцию Бутлерова как стереоспецифичные катализаторы. Действительно, так оно и есть. Эксперименты показывают, что добавление L-аминокислот в реакцию Бутлерова приводит к образованию избытка правых сахаров. Для большинства аминокислот этот избыток не превышает 2%, но с глутаминовой кислотой получается 60% D-сахаров, а с пролином — даже 80%! Более того, комплексы глутаминовой кислоты и пролина с ионами цинка, подобно силикатам и фосфатам, останавливают реакцию на стадии пяти-шестиуглеродных сахаров (Kofoed et al., 2005). Метеоритные небелковые аминокислоты, такие как изовалин, тоже очень эффективно передают хиральность сахарам в реакции Бутлерова.
В синтезе нуклеотидов по Сазерленду различные аминокислоты тоже вызывают стереоспецифический синтез нуклеотидов. Более того, достаточно было 1% избытка одного из стереоизомеров аминокислот, чтобы в конце концов получились хирально чистые рибонуклеотиды! Механизм этого професса не слишком мудрёный. Аминокислоты вмешиваются в синтез Сазерленда на стадии реакции 2-аминооксазола с глицеральдегидом, причём образуется тройной продукт <...>. Эта реакция стереоспецифична: пара глицеральдегида с аминокислотой одной хиральности реагирует в четыре раза быстрее, чем разнохиральная пара. Таким образом, небольшой избыток L-аминокислоты будет связывать L-глицеральдегид в побочный путь реакции, оставляя для синтеза рибонуклеотидов больше D-изомеров.

...был найден формальдегид, потому в качестве возможного способа получения сахаров, в частности, рибозы, была предложена реакция конденсации формальдегида. Эта знаменитая реакция Бутлерова (синтез сахаров в слабощелочных водных растворах в присутствии ионов металлов) очень сложная и практически не предсказуемая. Каждый раз получаются самые разные сахара. На практике при непомерно высокой концентрации формальдегида — 0,15 М и выше, выход рибозы составляет менее 1%. Причём немедленно начинаются побочные реакции с другими сахарами. Из них образуется либо карамель, либо метиловый спирт и мочевина.^[37]

Первой открытой химиками автокаталитической реакцией стала так называемая реакция Бутлерова, которую, как видно названия, открыл российский химик Бутлеров. Это случилось ещё в середине позапрошлого века. Отличный бородатый парень Бутлеров пронаблюдал, как в водном растворе формальдегида при добавлении в него соединений кальция и при одновременном нагревании вдруг начинает идти мощная химическая эволюция — сразу несколько реакций с образованием сахаров. Причем продукты этих реакций служат катализаторами самих себя, то есть комплекс реакций идёт с ускорением.^[38]

На свете огромное количество сахаров. Далеко не все из них сладкие. Сахароза, фруктоза, глюкоза — сладкие. А вот целлюлоза или лактоза как-то не очень... Но некоторые сахарá не только не сладкие, но ещё и смертельно ядовитые! И тут самое время вернуться к Бутлерову, который наблюдает, как в колбе раствором творится что-то непонятное — формальдегид превращается в сложную смесь разных сахаров, эта смесь постепенно густеет и карамелизуется, застывая и каменея.
Почему биологи обратили внимание на реакцию Бутлерова? Потому что основными носителями биологической информации (то есть, информации о жизни) служат молекулы ДНК и РНК — рибонуклеиновой кислоты. ДНК — это книга записей обо всех свойствах организма, архив. А РНК помогает считывать наследственную информацию из этого архива. Именно эти две молекулы умеют накапливать и передавать при копировании информацию в виде набора биологических «букв».

Да, рибоза, которая лежит в основе РНК и ДНК, — это сахар. А каким образом в химических реакциях могут образовывать и отбираться сахара, мы уже знаем — из формальдегида в смеси с соединениями кальция. Формальдегида в природе полно, он даже в космосе найден! Да и с соединениями кальция проблем нет, они в земной коре повсюду.
В последнее время стало ясно, какие именно природные примеси помогают отбирать нужные сахара и выводить из реакции ядовитые, помогая выживать именно тем, из которых теперь устроена основа нашей жизни. Эти вещества-помощники называются силикатами, и они тоже очень распространены в природе. Более того, экспериментируя с реакцией Бутлерова, учёные уточнили, что добавлением сáмого обычного апатита (природного минерала) реакцию Бутлерова удаётся сместить к накоплению почти одной только рибозы!^[38]

Подобно господу Богу и его бессмертным лаборантам, господин Бутлеров — буквально походя — сотворил..., чтобы не сказать вытворил в своей старой колбе нечто исключительно важное (для нас всех) и сам того не заметил. С какой-то невероятной, почти изуверской щедростью духа, он как лесковский левша..., типический гений-идиот, мимоходом создал модель жизни на своей маленькой стеклянной земле, а затем удалился прочь, думая совсем о другóм. О вопросах, скажем, значительно более важных, как ему казалось. О своей драгоценной химии, например. О кафедре университета. О сахаристых веществах и производных гликоля. Не заметил, потому что не мог заметить. Не знал (потому что слишком рано было, для такого знания). И не желал (знать). Практически: сотворил и бросил, почти плюнул, ограничившись облигатными словами о каком-то бессмысленном сахаре под сразу забытым названием «метиленитан». Сделал и прошёл мимо. А затем (спустя четверть века) — и вовсе ушёл прочь, (почти) не попрощавшись..., так и ничего не узнав толком о своём собственном открытии. А между прочим, под корявым словом «метиленитан» скрывалась — ни много, ни мало — жизнь. В том числе, и его жизнь. А также, в довесок, и вся остальная, какая только была и будет на земле.
— И вот, я кричу ему вдогонку (спустя сто шестьдесят лет) «Да вы же господь Бог, дорогóй г.Б., — и (подобно Ему) сами о том не ведаете». Вернитесь, и заберите свой метиленитан. Потому что теперь..., после всего, он больше не понадобится.^[39]

Кажется, трудно придумать более наглядную историю..., почти анекдот из органической истории: как ординарный профессор Бутлеров (и совершенно неординарный человек, несомненный инвалид своего мира), как-то раз (опять!) заигрался во дворе. В тот вечер песочек был особенно хорош, и куличики получились как на подбор. Не удержавшись, мальчик Саша построил несколько домиков, а затем ещё и крепость с башенкой..., короче говоря, соорудил маленькую модель мира. В точности как четыре миллиарда лет назад, в той мутной вулканической луже, где произошло, в сущности, то же самое. Из куличика с водой и углеродом — к формальдегиду CH₂O, а уже оттуда, через сахар, — прямиком в будущую башенку рибонуклеиновой жизни. Очередное событие в очередной детской песочнице, — и что? Нужно ли придавать ему серьёзное значение?
Разумеется, профессор был трижды прав, когда не обратил внимания на формальные мелочи: настоящий гений (внутри) своего дела. И в самом деле: есть ли на земле жизнь — вопрос не только дискуссионный, но и требующий основательных доказательств. Нет на свете ничего необратимого. Даже если это реакция..., например, автокаталептическая. Ещё шаг-другой, и (даст бог) всё рассосётся. Дайте только срок, мадам.^[39]

В 1861 году А. М. Бутлеров впервые синтезировал сахаристое вещество. Эта реакция синтеза сахаров из формальдегида в слабощелочных водных растворах в присутствии ионов металлов получила название реакции Бутлерова.^[40]:249

Описанный корректным языком аналитической химии с необходимым количеством цифр и формул, бутлеровский лабораторный опыт не вызывал особых сомнений ни у французских, ни у русских коллег. Научное «со’общество» сразу и... почти по достоинству оценило новый прорыв в области органической химии. Спустя четверть века искусственный синтез сахаридов вошёл в курс химии под именем «реакции Бутлерова». И тем не менее, я повторю с вящей настойчивостью немецкого кретина: никто из современников (включая девять поколений потомков) не смог осознать и оценить реального значения химической реакции, описанной в статье 1861 года. Не понимал этого (да и не мог понять в принципе) и сам Бутлеров, разумеется. Тем более, что он никогда не ставил перед собой даже близко похожей задачи. Ни по маштабу зрения, ни по направлению взгляда. — Скажу более того: и ныне, когда, казалось бы, появились первые робкие просветы в толковании существа «реакции Бутлерова», никто даже и близко не подошёл к пониманию её существа..., прежде всего, потому, что оно..., это существо, по своему главному свойству — всегда находится немного выше предела понимания того (человека, лица), который пытается её осознать.^[41]