Биологическую изменчивость обычно связывают с существованием генов. Наличие множества форм растений и животных считают чисто биологическим явлением, которое может быть порождено только генами. С одной стороны, мы имеем постоянство анатомического строения, характеризующего отряд или семейство организмов, с другой — наблюдаем изменчивость, ведущую к образованию видов и разновидностей. И постоянство строения, и изменчивость приписывают проявлению генов. В основе наследственности лежит постоянство, а в основе эволюции — изменчивость. Минералы и другие неорганические вещества не имеют генов, но уже обладают этими двумя основными качествами: постоянством структуры и способностью изменять ее, давая многочисленные формы. Приведем несколько примеров.

1. Кальцит. Постоянство выражено в том, что ни в одной из форм структура не выходит за рамки гексагональной системы. При этом, как упоминалось выше, имеется более двух тысяч комбинаций кристаллографических модификаций.

2. Кварц. Наблюдается такое же разнообразие конфигураций при неизменной кристаллографической системе.

3. Вода. Абсолютно все кристаллы снега сохраняют гексагональную структуру. Это не мешает им образовывать тысячи различных комбинаций ветвящихся структур.

Почему же эти минералы и простое химическое соединение вода оказываются настолько близкими по своим свойствам к живым организмам, не обладая генами, которые обеспечивают постоянство строения и обусловливают изменчивость? Ответ прост: гены имеют к этим двум существенным качествам весьма отдаленное отношение. Такая констатация должна, казалось бы, уязвить мое самолюбие генетика; во всяком случае, она огорчительна для тех, кто пытается решать все проблемы биологии, основываясь исключительно на функциях генов. У воды и кальцита генов нет, и однако, в них уже заключены те механизмы, которые в настоящее время считаются главными атрибутами генов. В дальнейшем мы увидим, какова именно функция гена и насколько вторична его роль в биологических процессах.

Физические процессы, определяющие рост кристаллов, до конца не установлены.

Явление роста кристаллов, казалось, должно быть хорошо изучено: оно считается намного более простым, чем биологическое развитие.

Однако механизм образования кристаллов еще не вполне ясен. Это относится и к двум основным явлениям, связанным с ростом кристаллов льда: 1) рост с ветвлением и 2) расщепление растущего конца у крайней точки при отсутствии поверхностного натяжения. Несмотря на то что исследуется одно из простейших соединений, этим явлениям пока затруднительно дать точную физико-химическую расшифровку. Ключевым является вопрос о том, каков механизм проявления анизотропии молекул воды на макроскопическом уровне. Требуется также разъяснить физический механизм, определяющий точку раздвоения растущей ветви кристалла. Прежде чем дать объяснение ходу биологического развития, надо расшифровать процесс роста кристаллов.

Жидкие кристаллы

Кристаллы в большинстве своем — твердые тела с плоскими гранями. Ранее предполагали, что жидких кристаллов быть не может, так как жидкости с их однородной структурой и текучестью считались аморфными. Несколько десятилетий назад Отто Леман показал, что существуют и жидкие кристаллы и что они обладают свойствами, характерными для твердых тел.

В спиртовом растворе олеата аммония при медленном охлаждении образуются прозрачные кристаллы, имеющие вид двух удлиненных пирамид с общим основанием. Под микроскопом можно наблюдать в них двойное лучепреломление. Им свойственны все характеристики твердого кристаллического состояния, хотя они являются жидкостью и деформируются при перемешивании раствора.

Открытые квазикристаллы имеют симметрию 5-го порядка

Считалось, что кристаллические вещества не могут обладать симметрией 5-го порядка. Распространенность же этого типа симметрии у растений и у иглокожих использовали как свидетельство того, что жизнь представляет качественно иной уровень организации. В 1984 г. было сделано открытие в минералогии: обнаружилось, что металлы в стеклообразном состоянии являют собой новый вид упорядоченности атомов. Они ни кристалличны, ни полностью аморфны; их назвали квазикристаллами. Быстро охлажденный образец шехтманита — сплава алюминия с марганцем — обладает симметрией 5-го порядка. Такую же симметрию можно получить и у многих других металлов. Шехтманит, если его расплавить и быстро охладить, образует ветвистые структуры, похожие на снежные хлопья. Однако квазикристаллы шехтманита, в отличие от кристаллов льда, имеют симметрию не 6-го, а 5-го порядка.

Описанные эксперименты показывают, что минералогия — это та наука, где придется еще многое узнать о кристаллической структуре, прежде чем можно будет понять, что представляет собой биологическая эволюция. Тот факт, что между состояниями кристаллическим и аморфным существует еще и промежуточное, обнаруживающее свойства, присущие живым организмам, наводит меня на мысль, что эволюция шла от минералов к организмам через четыре этапа: через образования твердокристалличеокие, жидкокристаллические, квазикристаллические и аморфные.

Эволюционные закономерности построения минералов

Эволюционно значимые закономерности, вытекающие из науки о минералах, имеют чрезвычайно большое значение для познания биологической эволюции. Их можно суммировать следующим образом.

1. Создана классификация видов минералов. Их определяют по химическому составу и по форме кристаллов точно так же, как виды живых организмов определяют по биохимическим данным, по констелляции генов и по анатомическому строению.

2. Для всех минералов существуют общие принципы строения. Об этом свидетельствует их принадлежность к семи кристаллографическим системам. Простейшая из них — кубическая — представляется первичной.

3. Образование производных структур указывает на вторичные факторы упорядоченности, обусловленные взаимодействиями на атомном уровне.

4. Число различных форм ограниченно.

5. Все формы одного минерала, подобно кальциту или кварцу, являются вариантами одного и того же образца — соответствующей кристаллической системы — жесткой матрицы, отклонений от которой не наблюдается.

6. В процессе комбинирования возникают тысячи вариантов конфигурации минералов на основе одной системы.

7. Минералы различного химического состава могут давать кристаллы, принадлежащие к одной и той же кристаллографа ческой системе. При этом, однако, в их химическом строении обнаруживается неявное сходство.

8. Симметрия кристаллов бывает только 1, 2, 3, 4 и 6-го порядков. У квазикристаллов она может быть и 5-го порядка, что, как ранее считалось, являетс