Судя по результатам анализа влияния различных веществ на передачу нервного импульса, в цепи передачи используется эффект расслоения водного раствора с образованием нижней критической температуры.
Можно полагать, что и другие сигнальные и коммуникационные системы- организма используют подобный эффект. Но изучение справочников по растворимости показывает, что расслаивающиеся водные растворы с образованием нижней критической температуры составляют лишь около 1% всех расслаивающихся систем, большинство которых характеризуется расслоением с верхней критической температурой (выше нее компоненты неограниченно растворимы). Можно поэтому ставить вопрос: какие особенности расслаивающихся водных" растворов с образованием НКТ дают им преимущество перед другими подобными системами, преимущество, позволившее возникнуть в водном растворе самовоспроизводящимся и самосовершенствующимся химическим автоматам?
Таких особенностей по меньшей мере две. Первая связана с характером изменения структуры водного раствора при расслоении с НКТ. Мы уже отмечали, что в отличие от расслаивающихся систем с верхней критической температурой расслоение водного раствора с образованием НКТ вызвано прежде всего изменением структуры (ближнего порядка) в расположении молекул воды.
В итоге кажущееся притяжение молекул воды и растворенных в ней веществ сменяется отталкиванием и последующим расслоением на две жидкости.
Из сказанного ясно, что в действительности причиной расслоения в данном случае является не изменение характера притяжения молекул растворителя и растворенного вещества, как в случае большинства расслаивающихся систем, а разрушение водных клеток, заключающих молекулы растворенных веществ, Тем не менее резкое изменение характера взаимодействия молекул воды и растворенных в ней веществ все же имеет место при расслоении, хотя и не влияет непосредственно на параметры перехода. Дела в том, что в клетках из молекул воды основным структурным элементом являются плоские пятерные и шестерные кольца из молекул воды, дипольные моменты которых направлены наружу по отношению к заключенной внутри клетки молекуле-гостю. Электрическое поле молекул воды, образующих клетку, может быть значительным, оно способно поляризовать органическую молекулу либо удерживать ее в одном из конформационных состояний с наибольшим дипольным моментом. Разрушение клеток при расслоении уничтожает и плоские кольца, заменяя их характерными для льда шестерными зигзагорбразными кольцами с равным нулю суммарным электрическим моментом. В итоге поляризующее электрическое поле дипольных моментов молекул воды при расслоении исчезает, что приводит к деполяризации крупной органической молекулы.
Если деполяризованная молекула, подобно холин-рецептору, способна избирательно взаимодействовать с натрием или другими находящимися в растворе веществами, то возникает принципиальная возможность обратного влияния органических молекул на свойства раствора через изменение концентрации натрия вплоть до восстановления исходного состояния однородного раствора. Таким образом может осуществляться своеобразная обратная связь, позволяющая управлять критическим состоянием раствора. Очевидно, что эффект обратной связи будет характерен лишь для систем с клатратоподобным ближним порядком в однородной фазе, т. е. для систем с участием связанной воды.
Другое преимущество расслаивающихся водных растворов связано с информационной ценностью резкого различия поляризованного и деполяризованного состояний крупных молекул. Различие свойств (например, биокаталитических) молекул в двух состояниях должно быть достаточно большим для того, чтобы надежность данного узла и вероятность его правильного срабатывания были максимальными. В данном случае рекордная величина дипольных моментов молекул воды, по-видимому, играет решающую роль в достижении этой цели.
В итоге на основе водных расслаивающихся растворов может быть построена надежная саморегулируемая машина (автомат). Поскольку такой автомат должен функционировать лишь вблизи критического состояния водного раствора, можно считать его разновидностью критических флуктуации плотности настолько высокоорганизованной, что им приобретается способность воспроизводить себя. Остается ответить на вопрос, есть ли какие-либо доказательства существования эффектов расслоения в редуиликационном механизме передачи наследственной информации. Косвенным указанием может служить лишь тот факт, что В—А переход в ДНК, наблюдаемый в растворах под действием неэлектролитов, например этанола, судя по данным ЯМР-спектроскопии, весьма напоминает эффект расслоения. Однако роль этого перехода и принципиальная возможность его осуществления в каких-то процессах, сопровождающих редуиликацию, пока остаются неясными, и мы рассмотрим имеющиеся данные лишь в конце книги в связи с проблемой состояния воды в биологических системах.