Этот логически естественный вывод сделал в 1894 г. Я.Х. Вант-Гофф: синтезирующиеся в организме молекулы испытывают влияние со стороны уже существующих асимметричных молекул, и потому сами должны становиться асимметрическими [16; 17, с.29]. В этом принципе, который можно назвать принципом Вант-Гоффа, проблемы матричного биосинтеза и асимметричного синтеза достигли особого логического единства.
В том же 1894 г. Эмиль Герман Фишер на основании экспериментальных данных предложил механизм воспроизведения асимметрических молекул, постулировав, что при синтезе молекул с несколькими асимметрическими атомами «если хотя бы один раз возникает асимметрия молекул, дальнейший синтез идет асимметрически» [18, с. 217]. «Представьте себе – писал Э. Фишер, - что манноноза, которая образуется из маннозы в результате…троекратного присоединения синильной кислоты, расщепляется таким образом, что опять образуется первоначальная гексоза, а второй продукт с тремя атомами углерода был бы также оптически активной системой. Одна активная молекула тогда рождала бы вторую» [18, с. 217].
«Это предположение – продолжал ученый, – дает… решение загадки природных асимметрических синтезов. Образование сахара происходит… в хлорофилловых зернах, которые сами состоят из оптически активных веществ. Теперь я думаю, что образованию сахара предшествует возникновение соединения углекислоты или формальдегида с этими веществами и что тогда конденсация в сахар протекает при уже имеющейся асимметрии молекулы в целом также асимметрично. Готовый сахар затем отделился бы от молекулы и использовался растением…для приготовления остальных органических составных частей. Таким образом, их асимметрия сразу объясняется природой строительного материала. Они естественно дают материал для новых хлорофилловых зерен, которые опять приготовляют активные сахара, и оптическая активность увеличивается от молекулы к молекуле так же, как идет жизнь от клетки к клетке. …это предположение совершенно устраняет различие между природным и асимметрическим синтезом» [18, с. 217– 218].
Выраженная здесь и в других работах Э. Фишера [19] идея «размножения» асимметрических молекул («одна активная молекула рождала бы вторую») есть не что иное, как приложение к проблеме синтеза асимметрических молекул из неактивных компонентов известного еще Л. Пастеру факта сохранения асимметрии в молекулах, производных от асимметрических молекул.
Связь проблем асимметричного синтеза и синтеза молекул с заданной структурой обусловила возможность обобщить идеи Э. Фишера, применить их к общей проблеме ассимиляции и воспроизведения. Заслуга этого обобщения принадлежит ученику известного биолога и гигиениста Карла Флюгге немецкому врачу и микробиологу Эмилю Карлу Антону Константину Готшлиху (1870 – 1949). Два года спустя после работы Э. Фишера, в 1896 г., Э. Готшлих писал:
«Сущность ассимиляции, как показывает само название, состоит в том, что чужеродные, поступившие извне вещества преобразуются под влиянием живой плазмы так, что они равным образом превращаются в живую плазму, – процесс, который можно представлять только как сложный синтез. Прямое влияние живой плазмы на этот синтез, происходящий при ассимиляции, после новых исследований Э. Фишера о синтезе в группе сахаров теперь уже не остается без аналогий. Здесь также было в общем показано, что при однажды приобретенной асимметрии молекулы сахара дальнейшее построение протекает также асимметрически и именно в том же смысле, и, таким образом, здесь также имеет место выбор среди возможных продуктов синтеза» [20, с.150]. Изложив взгляды Э. Фишера и выделив его слова «одна активная молекула рождала бы вторую», Э. Готшлих продолжал:
«Подобным способом, быть может, можно объяснить наложение (Anlagerung) поступающих групп на старую живую молекулу, после чего происходит отщепление новой, однородной со старой, живой молекулы, которая затем, возможно, может через полимеризацию увеличиваться, расти. Старая молекула при этом, по аналогии с поведением сахаров, восстанавливается и может присоединять новые ассимилируемые атомные группы; этим путем можно было бы объяснить, как минимальная масса живой субстанции, подобно ферменту, может переработать и ассимилировать несравненно большую массу питательных веществ» [20, с.150–151].
Обратим внимание, что Э. Готшлих не просто обобщил, но и преобразовал представления Э. Фишера, у которого речь шла о линейном росте углевода с последующим его распадом на две части. Э. Готшлих же постулировал наложение ассимилируемых групп на поверхность молекулы, в результате чего образуется молекула, тождественная матричной. В этом отношении взгляды Э. Готшлиха существенно отличаются также от представлений Г. Спенсера, который в соответствии с самыми передовыми взглядами своего времени рассматривал молекулы белков как глобулы со сложной внутренней структурой. Поэтому Г. Спенсер ещё не смог представить (как это сделал Э. Готшлих), что воспроизведение осуществляется на поверхности молекулы, и предполагал, что новая молекула синтезируется рядом с материнской молекулой под влиянием исходящих из нее специфических сил. В изученных нами последующих работах Э. Готшлиха он более не возвращался к этим идеям. Но его работа 1896 г. сразу же привлекла внимание крупного гигиениста профессора Харьковского университета Иринарха Полихрониевича Скворцова (1847–1921) [21–23].
С поддержкой гипотезы Э. Готшлиха И.П. Скворцов выступил уже в начале 1897 г. [21], а затем в целом ряде других работ [23]. В дополнение к взглядам Э. Готшлиха он предположил, что матрицей может служить не только исходная, но и вновь синтезированная молекула. У самого Э. Готшлиха нет прямых формулировок подобной идеи о матричной функции вновь синтезированных молекул. Обратим внимание, что немецкий учёный допускал широкую изменяемость вновь синтезированных молекул. Поэтому не исключено, что матричную функцию Э. Готшлих приписывал только особым молекулам, способным играть роль материнских. Нововведением И.П.Скворцова является также предположение, что избирательная адсорбция ассимилируемых групп на поверхности материнской молекулы обусловлена электростатическими силами.
Интересны взгляды И.П.Скворцова на природу размножающихся молекул. Обыкновенные микробы, по его мнению, представляют собой комплекс таких молекул. Возможно существование и одномолекулярных микробов, которых ученый впоследствии отождествил с вирусами. В ядерной клетке такие молекулы составляют хроматин и некоторые протоплазматические включения; остальная масса протоплазмы является продуктами их функционирования. При определенных условиях эти молекулы могут покидать сложный организм и жить самостоятельно; в этом случае их группы превращаются в микробов, а одиночные молекулы становятся вирусами. Эти взгляды очень интересны, хотя их логика восходит ещё к идеям Лоренца Окена (1779-1851) и Жоржа-Луи Леклерка де Бюффона (1707-1788).
Особо оригинальным вкладом И.П. Скворцова является развитие представления о возникновении самовоспроизводящихся молекул в результате длительной химической эволюции. В статье [21] ученый разработал представление о химии первобытной Земли, основываясь на опытах по органическому синтезу и синтезу белковоподобных веществ (работы Дмитрия Ивановича Менделеева, Фердинанда Фредерика Анри Муассана, Марселена Жака Бертло, Александра Яковлевича Данилевского и других авторов).«При этом – продолжал И.П. Скворцов, – не нужно, конечно, упускать из виду, что в момент первого появления жизни земная атмосфера, земная поверхность имели, без сомнения, совсем другой характер, чем в настоящее время. Наша современная атмосфера есть, так сказать, остаточное образование. Атмосфера в первое время возможного существования жизни на земле была несомненно гораздо сложнее современной и в ней, под влиянием хотя бы электрических токов и разрядов, должны были происходить несравненно более сложные и разнообразные изменения… Всех бесчисленных и разнообразных химических и физико-химических реакций, происходивших в это время на поверхности земли и в земной атмосфере, мы и представить себе не можем. Все многообразные реакции, которые теперь производятся в наших лабораториях под влиянием всевозможных химических и физических условий, представляют, без сомнения, лишь минимальную часть того, что происходило тогда путем естественным» [21, с. 3].
И.П. Скворцов отметил, что химическое обеднение современной атмосферы в значительной мере обязано ныне происходящим в ней окислительным процессам, и сделал вывод, что органика первобытной Земли была настолько богатой, что позволяла жить даже гетеротрофным организмам.Работа И.П. Скворцова может служить образцом индуктивных представлений о химической эволюции. Концепция химической эволюции основана на обдумывании ученым космо- и геохимических проблем. В ряде работ он доказывал, что нельзя понять историю Земли, не обращаясь к учению о химической эволюции [23]. Представления И.П. Скворцова удивительно напоминают взгляды Джона Бёрдона Сандерсона Холдейна [24], а также Александра Ивановича Опарина [25]. Но в своих первых работах ни Дж. Холдейн, ни тем более А.И.Опарин не были сторонниками концепции матричного биосинтеза. Поэтому теория И.П. Скворцова значительно превосходит их теории, разработанные треть века спустя. И.П. Скворцов по праву должен считаться (наряду со Г.Спенсером и др.) одним из основателей не только эволюционно-химического, но и молекулярно-биологического подхода к проблеме происхождения жизни.
Как удалось И.П. Скворцову воспринять матричную идею биосинтеза, учитывая, что у Э. Готшлиха она не была глубоко разработана? Этот вопрос имеет общий интерес, поскольку позволяет на конкретном примере рассмотреть проблему предпосылок учения о матричном биосинтезе. Частичный ответ дают ранние работы И.П. Скворцова, в частности, статья 1894 г. [22], в которой уже ставился вопрос о воспроизведении белков.