Гуманитарная оболочка для феномена хиральности как условие преодоления экологического кризиса
Свойства зеркальной асимметричности молекул, названные хиральностью, были открыты в начале XIX века и стали достоянием химического профессионального знания. Однако «хиральность», «рацематы», «энантиомеры» - термины, которые до сих пор не выведены из химического знания в область обыденного сознания, поэтому эти слова обычным человеком не воспринимаются, непонятны, вызывают отторжение. Это является препятствием для дальнейшего практического соединения достижений химии с потребителем в экономике (через парфюмерию, медицину, питание, телевидение и др.). Ученые одного направления зачастую не воспринимают достижения из другой области. Это состояние можно обозначить как разрыв гуманитарных связей в обществе. Авторы предполагают, что многих кризисных последствий современности можно избежать, выстраивая и корректируя понимание между разными социальными институтами. «Очевидное преимущество интеллектуального развития… не исключает необходимости уходить от односторонности научного знания и технического образования, которые приводят к исчезновению внутренней потребности в целостном взгляде на технические и социальные проблемы» [3, с. 19].
Средняя школа дает научную картину мира в качестве базы для профессионального становления любого человека, однако в средней школе не могут быть освоены достижения наиболее сложных пограничных наук (бионика, синергетика, биохимия, валеология и пр.). Все пограничные дисциплины, решающие наиболее острые проблемы кризисных моментов развития человечества, отделены друг от друга языком специальных терминов, теорий, методов научного познания. «Ученые не могут добиться уважения, а зачастую лишаются и самоуважения. Разрушение гуманитарных связей, представляющих собой главное содержание всех без исключения социальных институтов… есть выражение неустойчивости социума» [11, с. 79].
В информационную эпоху развития человечества особенно важна гуманитарная оболочка как знак, складывающийся на основе естественного языка, понятного всем без исключения, и это задача философов. «…Наука не может идти так глубоко в анализ понятий; философия создает их, опираясь не только на научную работу, но и на анализ разума» [4, с. 181]. Если в Новое время для развития и общественного признания научных идей достаточно было одобрения со стороны правительства или законодательной власти, то сегодня все новые идеи не могут претендовать на такую высокую поддержку, даже если они истинные. Гуманитарная оболочка позволит создать благоприятную среду общественного признания. Это приведет к многообразию проектов, касающихся одной идеи, создаст столь необходимую конкуренцию. В результате «завиральные» идеи, которые выглядят выигрышными именно потому, что они далеки от истины, сами по себе отомрут. Поворот рек вспять, «лысенковские» идеи в биологии, построенные на волюнтаристских попытках устранить законы генетики, кукурузные проекты Хрущева и многое подобное не смогли бы разрушить науку в СССР (генетику, кибернетику и др.), если бы не искусственная поддержка их со стороны идеологии тоталитарного общества.
Сегодня деньги выделяются на науку по многим параметрам, но хотелось бы, чтобы гражданское общество, научная среда как гарант профессионализма стали ключевым определителем значимости идей. Когда новая или перспективная идея доводится до этапа реализации проекта, ее авторы смотрятся как «попрошайки», как «дети лейтенанта Шмидта». Кому-то везет в силу таланта, и проект получает общественную поддержку. Однако этот талант может быть того же сорта, как у «великого комбинатора» Остапа Бендера. Химические проекты с рацемичностью и с хиральностью обречены на узкое понимание и прочтение лишь специалистами, поэтому не могут быть широко пропагандируемы и массово поддерживаемы. Хиральность сегодня является актуальным проектом в области химии, биохимии, биофизики. Ее учет важен для сохранения здоровья и жизненной активности нации, генофонда человечества. Для того чтобы быстрее освоить эту область экономикой, термины не должны вызывать ни насмешки, ни отторжения. Нельзя разрешить ни одну глобальную проблему без химических новаций. С помощью философии мы предлагаем наметить принципиально новые повороты в решении многих актуальных химических проблем.
Что ученые понимают под хиральностью? Проблема хиральности - это проблема асимметрии, или оптической изомерии. Молекулы одинаковы по составу, имеют одну и ту же формулу и молекулярный вес, но различаются по пространственной ориентации, как левая и правая рука (так называемые энантиомеры). Данные молекулы оказываются при этом с разными свойствами «лишь» от того, что их совпадение при наложении друг на друга невозможно. Хиральность - это свойство, получившее свое название от др. греч. Чейс - рука. Хиральные асимметричные молекулы и кристаллы (энантиомеры) разделили на право- и левоориентированные по способности отклонять плоскость поляризации света условно либо вправо, либо влево.
Все органические молекулы имеют асимметричное хиральное строение. Эти научные знания являются базой для профессионального практического использования химиками, физиками, биологами.
Так, и глюкоза, и фруктоза могут быть в двух вариантах, одинаковых по химическому строению: левоориентированном и право-ориентированном. Эти вещества имеют одинаковый химический состав (C6H12O6), атомный вес, но разные физиологические свойства. Это означает, что при принятии решения назначения врачом или собственного выбора использования глюкозы и фруктозы необходимо непременно учесть хиральность рекомендованного продукта. Если пренебречь этим требованием, то человек взамен чисто хирального энантиомера получит рацемичную смесь, которая может навредить здоровью. Рацематы - это вещества, в которых энантиомеры сочетаются в пропорции 50% на 50%. Такое сочетание есть следствие искусственного получения веществ или препаратов. В естественной же среде обитания в организме преобладают гомохиральные вещества. Поскольку правые и левые энантиомеры имеют различные свойства, то рацематы не только оптически нейтральны, но еще и физиологически могут стать опасными добавками для живого организма.
Искусственно получаемые сахарозаменители аспартам (Е951), сахарин (Е954), цикломат (Е952) - это вещества не сахарной природы, поэтому они назначаются диабетикам взамен сахара. Сахар под запретом в употреблении больных сахарным диабетом первого и второго типов, так как у этих больных нарушена работа инсулина, что возникает при недостатке его продукции или при нарушении его действия на ткани (нарушении восприимчивости тканей). Однако эти противодиабетические препараты могут оказать диабетогенное действие, что неизбежно тогда, когда продукция получена искусственным путем и не отслежена на гомохиральность. Ухудшение состояния больного и множество тяжелых последствий из-за ксенобиотических эффектов являются результатом рацемичности искусственно полученных веществ.
Жизнь на Земле асимметрична. Установлено, что в биологических процессах используются только левые молекулы аминокислот и только правые молекулы углеводов и нуклеотидов. Живая природа демонстрирует воистину странный дисбаланс, используя лишь один из двух зеркальных изомеров. При этом правые формы аминокислот и левые молекулы углеводов и нуклеотидов для земной жизни просто вредны. Луи Пастер назвал это свойство демаркационной линией между живым и неживым царствами природы [9, с. 60-61].
«Прием пищи вызывает сложные химические реакции между асимметричными веществами и асимметричными продуктами в организме, потому что между “левыми” и “правыми” формами одного и того же органического вещества существует определенная разница во вкусе, запахе и усвояемости. Ни одна лаборатория или корова пока что не дала “зеркального” молока, но можно смело сказать, что если бы асимметрическую структуру молока зеркально отразили, его нельзя было бы пить» [8, с. 26].
Какую же роль играет монохиральность, о которой говорят физики, химики, биологи и даже писатели, но о которой пока молчат философы?
Представим наши гипотезы следующими тезисами.
1. Роль асимметрии для эволюции химических органических веществ
- Хиральность, или зеркальная асимметрия, - есть необходимый выигрыш природы органических соединений по сравнению с химией неорганической.
- Рацематы, те искусственно полученные химические соединения, где равно представлены как правосторонние, так и левосторонние энантиомеры, имеют «упаднические» свойства в шкале эволюции химии, «тупиковые направления эволюции вещества» [1, с. 90-91].
Так, если в эволюции ? качественном объективном процессе развития атомов и молекул ? реактивность, управляемость реакций изнутри (с помощью встроенных катализаторов) усиливаются по мере приближения к эталону химической эволюции - четкой пространственной редупликации [2, с. 127-138], - то рацематы к этому оказываются неспособны. Жизнь из рацематов никоим образом не могла бы возникнуть.
2. Без асимметрии жизнь вообще не смогла бы возникнуть
- Энантиомеры имеют физико-космический эффект: их способность вращать плоскость поляризованного света необходима для создания специфических условий среды на Земле. Пучки поляризованного света поступают к нам из агрессивного космоса (явление называется космический микроволновый фон).
- Для возникновения жизни условия взаимодействия с агрессивным излучением должны были измениться так, чтобы не разрушать живое. Поворот луча в плоскости поляризации вправо-влево ослабляет агрессивность жесткого излучения предположительно как раз настолько, чтобы не погубить жизнь. Адаптация живых клеток становится возможной, и идет эволюция, результат которой - появление жизни на планете Земля. Растения поглощают из почвы химические соединения минералов пищи, молекулы которой симметричны, и в своем организме превращают их в асимметричные органические вещества: крахмал, белки, глюкозу. Таким образом симметрия молекул пищевых веществ согласуется с асимметрией молекул самого организма. Вдобавок асимметричные организмы самим своим существованием предотвращают воздействие агрессивных поляризованных излучений.
Следовательно, как появление кислорода на Земле в той пропорции, которая необходима для жизни, так и появление достаточного количества асимметричной органической среды есть следствие возникновения, развития и функционирования растительности на планете.
3. Антропогенные факторы в области химии сегодня губительны для условий прогрессивной эволюции биосферы
- Космический микроволновый фон увеличивается в результате многих современных промышленных антропогенных факторов. Любой свет, отраженный от частицы пыли, перенаправляется. Таким же свойством поляризации света обладают еще и гравитационные волны. Кроме реликтовых, следует предположить возникновение антропогенных малых гравитационных волн. Первоначально «свет, …испускаемый звездой, неполяризирован, после рассеяния на частицах пыли он приобретает линейную поляризацию, плоскость которой легко определить с помощью поляриметра» [14, с. 28].
Таким образом, оказавшись производителем нежизнеспособных рацематов, человек меняет и главный физико-химический фон, от которого зависит жизнь на Земле: проходя через рацемичные среды, плоскость поляризации не отклоняется ни вправо, ни влево, сохраняя свою поляризованную агрессивную природу. «Можно отметить, что искусство с момента своего зарождения несло в себе идею некой хитрости, вследствие которой человек, подражая природному, берет над ним верх» [7, с. 39]. Человек как планетное явление (В. И. Вернадский) меняет по экономическому произволу и гидросферу, и атмосферу, и литосферу планеты, на которой возникла жизнь. Не навредит ли человек своему планетному дому настолько, что жизнь начнет деградировать темпами, могущими стать необратимыми?
Человек, включившийся в биогеоценоз с помощью экономики, в том числе информационного общества, оказался в дебрях производства рацематов, хотя он уже химически «подкован» и умеет отделять правосторонние молекулы от левосторонних. Так, взятый из живого организма белок-фермент разделяет смесь правых и левых аминокислот на энантиомеры.
Что же мешает человеку пойти по ясно освещенному эволюцией пути чистой хиральности в продуктах своего потребления, куда входит не только еда, но и вода, и воздух, и лекарства, и сырье для получения продуктов в промышленно значимом масштабе? Экология большого дома - Земли - давно стала предметом беспокойства, однако явно значимое появление экологически вредных для органики рацематов не отслеживается. Правда, здесь необходима оговорка: не отслеживается в прозрачном, ясном, общезначимом смысле научной рациональности: реальным двигателем производства является прибыль. Поэтому если производство рацемичной продукции выгодней, и она пользуется спросом, то именно ее и будут производить взамен дорогостоящей гомохиральной продукции.
Исключение начали составлять лекарственные вещества и некоторые синтетические пищевые добавки. То, что в продуктах и в лекарствах практически нет указаний потребителю о свойствах гомохиральности или рацемичности продуктов либо исходных материалов, свидетельствует об информационном разрыве между наукой и производством. Если же в некоторых лекарствах и указывается асимметричность строения, как в L-тироксине, левомицетине, L-лизине, L-допа и др., то мало кто из потребителей способен уловить данную важную информацию.
Левотироксин (L-тироксин) восполняет потребность организма в гормоне щитовидной железы, тогда как правый изомер тироксина не оказывает терапевтического действия на организм. Или леводопа (левовращающий изомер ДОПА) является непосредственным предшественником дофамина, используется как противопаркинсоническое средство.
Незнание зеркальной (хиральной) изомерии органических молекул сегодня более распространено, чем это допустимо с точки зрения выбора направленности развития в химическом производстве. «Человек, стремящийся к удовлетворению своих все возрастающих потребностей и амбиций, жаждущий для себя всегда и везде комфорта, созда?т искусственную среду обитания не только для себя, но и для всех других форм жизни, которые находятся с ним в прямом или косвенном взаимодействии» [13, с. 205].
Только 15% всех синтезируемых лекарственных средств представлены чистыми энантиомерами [5, с. 31], то есть лекарственные препараты доведены до очищенных гомохиральных составляющих. Этого явно недостаточно, так как большая часть рацемичных лекарств либо малоэффективна, либо опасна для здоровья своими последствиями.