В своих лекциях Фейнман также подошел к проблеме симметрии и с другой стороны, заявив, что дело не в том, чтобы объяснить, почему мир иногда асимметричен, а в понимании того, почему он в столь многих случаях должен быть симметричным. Симметричность по-настоящему удивляет, потому что в норме мы должны ожидать асимметрии[557].
Люди придают символическое значение всему, с чем соприкасаются, как ясно понимал Роберт Герц. Так же как правое и левое вызывают мириады прямых и косвенных ассоциаций, окружены ими и понятия симметрии и асимметрии, как и все другие бинарные оппозиции. Историк искусства Дагоберт Фрей обобщил некоторые из них, а Герман Вейль повторил их в своей по праву знаменитой книге «Симметрия». Лучше всего представить их в виде табл. 15.1:
Таблица 15.1. Понятия, связанные с симметрией и асимметрией
Здесь нам вспоминается Гёте, который сказал, что «отсутствие симметрии, по-видимому, свидетельствует о прогрессе эволюции», или несколько нелестное описание учеником Гёте, Томасом Карлейлем, литературного стиля Вольтера, который он сравнивал с «простой искусственной симметрией салонной люстры». В этом стиле была «не красота, а в лучшем случае регулярность», и его едва ли можно было сравнить с «глубокой естественной симметрией растущего в лесу дуба» – под «естественной симметрией» Карлейль понимал свойственную жизни и свободе неупорядоченность[558].
Каковы бы ни были теоретические достоинства симметрии, она, несомненно, позволяет науке проще объяснять Вселенную – нет и особых сомнений в том, что для обитателей Вселенной все приятное и интересное в основном вызвано асимметрией. В самом деле, если взять одну из пар в таблице Дагоберта Фрея, то сама жизнь оказывается неукротимо асимметричной; настолько, что приходится задуматься, может ли какая-либо форма какого-либо химического состава быть полностью симметричной. Асимметричности жизни присутствуют в нашем мире повсеместно, как уже говорилось в предыдущих главах этой книги. Основанные на одной из самых простых наших асимметрий, берущей начало в физике элементарных частиц, они затем проявляются в химии углерода и биохимии аминокислот, сахаров, ДНК и белков, в наших телах с их асимметричными внутренностями, в функциональных асимметриях нашего мозга и рук, в таких культурных артефактах, как письменность и правила дорожного движения, а также в право-левых дуальных символических классификациях. Поэтому пора задаться главным вопросом: связаны ли эти бесчисленные асимметрии между собой или все они являются независимыми и самостоятельными случаями нарушения симметрии?[559]
Ученые давно с осторожностью относились к идее о каком-либо всеохватывающем механизме, объединяющем асимметрии на всех уровнях, от физики и биологии до нейрологии и антропологии, в духе представленной здесь цепи:
Слабые взаимодействия → L-аминокислоты → Белки → Клетки → Ткани → Органы → Тела → Мозг → Культуры.
Иен Стюарт и Мартин Голубицкий обдумывали идею мира, в котором «слабый бог-левша создает левосторонние аминокислоты, из которых строятся левосторонние белки, которые образуют левосторонний эмбрион, который вырастает во взрослого левшу», но тут же сдали назад, заявив: «Мало кто из биологов полагает, что хиральность у животных имеет что-то общее с хиральностью в химических молекулах». Майкл Корбаллис и Айвен Бил также поиграли с этой идеей, применив ее к самому мозгу, прежде чем внезапно заявить о своем агностицизме:
«Могут ли быть как-то связаны асимметрия ядерного распада, асимметрия живых молекул и отличие левого и правого, по-видимому, лежащее в основе морфологической асимметрии животных и людей, включая межполушарную асимметрию человеческого мозга? Мы этого не знаем».
В своей Нобелевской речи физик Янг Чжэньнин завуалированно предположил наличие связи между молекулами и морфологией, когда он рассматривал «зеркального человека, у которого сердце справа, все внутренние органы с противоположной стороны по сравнению с нашими, и… все молекулы его тела – например молекулы сахаров, зеркальны по отношению к нашим». Другие ученые были гораздо более догматичными. Как мы видели в главе 6, Джон Холдейн, Лесли Оргел и Мюррей Гелл-Манн утверждали, что только случайность отвечает за то, что наши тела состоят из L-, а не D-аминокислот; и если это так, то первое звено причинной цепи, соединяющей физику элементарных частиц с биологией и мозгом, будет разорвано. Этот аргумент, однако, не может считаться удовлетворительным, поскольку он апеллирует к случайности для объяснения определенного события. Конечно, сегодня немало физиков отвергли бы такую позицию[560].
Авторы научно-популярных книг говорят о другом. Айзек Азимов, например, не принял идею, что хиральность аминокислот можно объяснить случайностью из-за того, что она не устраивала его эмоционально:
«Конечно, эта постулируемая связь между несохранением четности и асимметрией жизни пока весьма условна, но меня эмоционально тянет к ней. Я твердо верю, что все во Вселенной взаимосвязано, что знание едино; и мне кажется совершенно правильным, что открытие несохранения закона четности, касающееся, казалось бы, сфер умозрительных и далеких, служит для объяснения чего-то столь фундаментального в отношении жизни, человека, нас с вами».
Мартин Гарднер в книге «Этот правый, левый мир» также рад был согласиться с тем, что слабое взаимодействие может быть причиной левосторонности наших аминокислот, но на очередном звене в цепи столкнулся с, казалось бы, непреодолимой проблемой: «Наше сердце расположено в левой половине тела. Опять-таки это вовсе не предполагает фундаментальной асимметрии в законах природы: левое положение сердца человека – случайность в развитии жизни на нашей планете»[561].
Сердце – камень преткновения для многих биологов, которые готовы согласиться с тем, что слабое взаимодействие может означать, что наши сахара и аминокислоты асимметричны, но не понимают, как это может быть связано с асимметрией тела. Биологически от молекул до органов огромное расстояние. Сотни или тысячи аминокислот связаны в цепочки, которые сворачиваются, образуя белки, миллионы копий которых образуют клетки. Миллионы и миллионы этих клеток, их бесчисленных различных типов составляют ткани, которые в свою очередь образуют органы нашего тела. Как крошечная асимметрия аминокислот в начале этого процесса может быть связана с асимметрией на уровне тела? С этой проблемой столкнулись участники знаковой конференции Ciba по биологической асимметрии и хиральности в 1991 году (о ней упоминалось в конце главы 1). Биохимик Сайрус Чотиа представил доклад, в котором говорилось об асимметрии белковых молекул, которые обычно плотно свернуты и очень асимметричны. Асимметрия белка зависит от последовательности составляющих его аминокислот, но у белков нет общей тенденции сворачиваться в левую, а не в правую сторону, несмотря на то что они состоят из левосторонних аминокислот. Низкоуровневая асимметрия аминокислот, похоже, не способна совершить скачок от аминокислот к белкам. Льюис Вулперт, подводя итоги симпозиума Ciba, назвал проблему «пропастью Чотии», и в то время она казалась непреодолимой бездной[562].
Однако непреодолимые пути обычно удается пройти, если двигаться не так, как предполагалось изначально. Так может произойти и с «пропастью Чотии». В среднем хиральность белков действительно случайна, так что если бы хиральность тел зависела от совокупной хиральности большого числа белков, то тела и их внутренние органы также имели бы случайную хиральность. В целом это, несомненно, так, но это не обязательно относится к органу, который особенно занимает нас в этой истории – сердцу. Из главы 5 мы знаем, что расположение органа вполне может определяться тем, что малые количества жидкости неравномерно омывают гензеновский узелок растущего эмбриона, количество химических веществ, поступающих к разным его сторонам, отличается, и сердце начинает развиваться на какой-то одной стороне. Таким образом, положение сердца зависит не от распределения огромного количества белков по всему телу и даже не от тех белков, которые составляют само сердце, а от очень небольшого их количества, которое заставляет реснички гензеновского узелка вращаться в определенном направлении. Если бы можно было устроить так, чтобы организм полностью состоял только из L-аминокислот, за исключением немногих D-аминокислот, из которых были бы построены реснички в гензеновском узелке, тогда эти реснички, несомненно, вращались бы в противоположном направлении. В результате ток жидкости в гензеновском узелке был бы обратным, и сердце оказалось бы справа, а не слева. Причинная цепь теперь очень похожа на показанную ранее, но с той важной разницей, что L-аминокислоты отвечают за хиральность только одного ключевого белка, влияющего на хиральность ресничек, которые одним махом меняют положение органов во всем организме. Итак, существует прямая цепь причин от слабого взаимодействия через L-аминокислоты к сердцу с левой стороны.
Объяснение асимметрии сердца должно было стать настоящим вызовом для любой теории, связывающей физические и химические асимметрии с макроскопическими асимметриями сердца, и реснички гензеновского узелка обеспечивают эту связь наилучшим образом. Следующий шаг должен быть намного проще, поскольку человеческий мозг оказывается в теле, которое и так уже сильно асимметрично из-за сердца – говоря словами Роберта Браунинга, «во власти сердца мозг, и оба правят рукой». Как было показано в главе 9, разумно предположить, что мозг стал асимметричным под действием механизма, аналогичного тому, что привел к асимметрии сердца – и что, возможно, существуют и еще какие-то отдельные реснитчатые клетки, переносящие различные химические вещества от одной стороны тела к другой, из-за чего наш мозг становится асимметричным. Не вникая в детали, отметим главное: если существует способ связать асимметрию сердца с асимметрией L-аминокислот или даже со слабым взаимодействием, то легко также предположить, что асимметрия мозга может быть определена аналогичной цепочкой причин