Зарождение, или почему такое могло случится лишь однажды?

Реферат

На тему

«Зарождение, или почему такое могло случится лишь однажды»

План

Все живое - из яйца

Все живое из живого

Все трудились хорошо

Жизнь неизбежна

В огненной колыбели

Клетка :деление

Закодированные инструкции

Все живое - из яйца

Ты вышел ранней весной на берег пруда. Квакают и поют лягушки -- этот концерт означает, что лягушки мечут икру. Можно подойти, взять пышный, как пена, комок прозрачно-сероватой икры, поглядеть на черные точки -- зародыши головастиков (не зашевелились уже?) и быстро опустить икру обратно в воду, пока она не высохла, пока не прервалась по твоей вине новая жизнь.

Все просто и ясно? А ведь всего несколько веков назад очень многие умные люди и даже специалисты-зоологи думали, что лягушки, утри, крокодилы, черви заводятся просто из грязи и ила. Это называлось самозарождением. Вот что говорил, например, один из героев драмы Шекспира «Антоний и Клеопатра» (место действия -- Африка): «Здешние земноводные рождаются из ила благодаря действию Солнца, как, например, крокодилы».

А один видный врач XVII века предлагает в своем солидном трактате каждому провести несложный опыт: «Возьмите кувшин, набейте туда грязного, желательно потного белья, засыпьте сверху пшеницей, подождите три недельки... А на двадцать первый день приходите любоваться выдающимся результатом вашего опыта -- соединение нижнего белья и пшеницы породило... мышей, причем обоих полов и уже вполне взрослых!»

Список подобных несуразных, на наш нынешний взгляд, «опытов» и «наблюдений» может занять очень много места. Наверное, не надо и объяснять, в чем была главная ошибка этих «опытов». Впрочем, объясню: опыты не были чистыми, кувшин, например, не догадывались... закрыть!

Самое важное для нас другое: наивные сказки о самозарождении живого из неживого не вызывали сомнений потому, что никакого понятия об эволюции, долгом развитии животных и растений тогда вообще не было. А воспринимать как репортажи с места событий поэтичные сказания и священные тексты о том, как боги или Бог творили всех тварей по паре, уже не получалось. Выход, казалось, был только один -- признать самозарождение, поверить в него и подогнать под эту веру наблюдения и опыты, тем более что техника опытов была тогда еще очень несовершенной, примитивной.

Но шло время, наука развивалась, и появились сомнения в столь легком самозарождении. Великий английский врач и физиолог XVII века Вильям Гарвей, тщательно изучив великое множество зародышей разных животных, провозгласил совершенно новый принцип биологии: «Все живое -- из яйца!»

Конечно, это правило нельзя назвать настоящим законом: из яйца, в обычном смысле этого слова, выводятся только многоклеточные животные. Растения, а также еще неизвестные в те времена одноклеточные микроскопические существа размножаются иначе. Но для того времени даже такой неполный закон был очень важен.

Великий врач XVII века Ф. Реди решил довести до конца опыт, который поневоле ставили тысячи людей и который веками поддерживал поверье о самозарождении живых тварей. Все знали, что если оставить на воздухе мясо, то в нем очень просто заводятся черви. Реди положил мясо змеи в открытый сосуд и стал ждать. Через несколько дней в портящемся мясе стали копошиться червячки, пожирая его. На этом раньше все опыты заканчивались, но Реди догадался не спешить... И вот...

«...Когда все мясо было съедено, черви начали энергично искать выход, но я закрыл все отверстия. На девятнадцатый день того же месяца некоторые червячки совсем перестали двигаться, как если бы они уснули, начали сморщиваться и постепенно принимать форму, напоминающую яйцо... Я отложил эти шары отдельно в стеклянные сосуды, тщательно прикрыл их бумагой, и к концу восьмого дня из каждого шара вышла муха...»

Значит, черви в мясе, которых видели миллионы людей, были всего лишь личинками мух! Конечно, можно было удовлетвориться этим открытием, гипотеза самозарождения как будто не очень страдала. Ну, не черви, личинки, но в мясе-то они появляются сами по себе...

Глядя на вылетающих из сосуда мух, Реди задумался. Да, можно и так объяснить явление, и это всех ученых, привыкших к идее самозарождения, вполне устроит. Но мухи... они же летают и очень любят садиться на мясо. Реди вспомнил и известное к этому времени высказывание Гарвея. Что, если мухи откладывают в мясо яйца, только такие мелкие, что глаз их не видит?

И вот ставится опыт, который и сейчас ученые считают образцом настоящего, чистого научного эксперимента.

Реди берет два кусочка свежего мяса, один из них заворачивает в плотную ткань и кладет в банку, прикрытую сверху точно такой же туго натянутой тканью.

Другой кусок мяса он положил незавернутым в открытую банку. Через некоторое время оба куска мяса стали портиться, гнить, но в завернутом куске мяса личинки мух не завелись, а в незавернутом -- завелись! При этом на поверхности ткани, прикрывающей первую банку, Реди разглядел точки мушиные яйца, из которых так и не смогли вывестись личинки.

Так было совершено одно из величайших открытий... Ты скажешь, трудно поверить, ведь все так просто, ребенок мог это сделать. Да, мог. Но для этого надо было сначала усомниться в своем знании и даже в знании авторитетов -- крупных ученых.А на это способен далеко не всякий.

Все живое из живого

Была ли сразу забыта и сдана в архив теория самозарождения жизни?

Нет! Очень скоро после открытия Реди, в конце XVII века, был изобретен микроскоп, и перед учеными открылся неведомый и необъятный мир «микрозверьков», размножающихся без яйца: инфузорий и микробов. Микроорганизмы кишели всюду, куда ни обращался вооруженный новым прибором глаз исследователя. И снова замелькали в научных изданиях описания «достоверных опытов», во время которых микроорганизмы появлялись «сами по себе» в самых разных сиропах, бульонах и настоях. Снова разгорелись споры сторонников и противников учения о самозарождении живого из неживого.

В середине XVIII века опубликовал результаты своих опытов знаменитый натуралист и священник Дж. Нидхем. Опыты как будто говорили: вскоре после кипячения (убивающего микроорганизмы) в любом питательном растворе, даже плотно прикрытом пробкой, неизбежно появляются микробы.

В ответ итальянский натуралист Л. Спалланцани повторил опыт Нидхема, но закупорил колбу с настоем не после кипячения (как это делал Нидхем), а до него. И микроорганизмов не появилось! Нидхем упрекнул Спалланцани в «пытке», которую тот учинил над несчастным раствором слишком долгим кипячением. Кипячение лишает раствор ростовой силы, говорил Нидхем. В таинственную ростовую, или производящую, или жизненную, силу верили многие ученые. Она-то и должна была, по мнению Нидхема, сформировать из неживой материи новых микробов.

В начале прошлого века немецкий натуралист Лоренц Окен, исправив Гарвея, провозгласил новое правило биологической науки: «Все живое -- из живого!» Но далеко не все признали истинность нового правила, с Океном спорили, его даже высмеивали.

Отголоски этого спора прозвучали в XIX веке. Главными лицами в том споре были талантливый французский биолог Пуше и его знаменитый соотечественник Луи Пастер. Свойства микробов, способы их размножения были изучены еще плохо, и это позволяло Пуше придумывать такие доводы, которые оспаривали чистоту опытов Пастера. Но Пастер решил довести дело до конца. В каждом следующем из своих блестяще поставленных опытов он учитывал все возражения. И убедил, наконец, последних из своих противников; научный мир признал принцип «все живое -- из живого».

Между прочим, на стороне Пуше против Пастера очень резко выступил знаменитый русский критик, публицист, демократ и материалист Писарев. Писарев не был биологом, но очень хорошо знал состояние этой науки, что же заставило его выступить за идею самозарождения?

Да, в общем, как будто верная философская, «материалистическая» идея. Если жизнь не сотворена по воле Бога, значит, она должна была иметь начало, и, следовательно, самозарождение из неживого обязательно было.

И после этого Писарев и очень многие ученые, верившие в самозарождение, делали вывод: значит, жизнь может самозарождаться и сейчас, на наших глазах.

Но именно этот вывод опыты Пастера окончательно разбивали. Снова становилась сомнительной вся идея рождения живого из неживого, и Писареву казалось, что прокладывается новый путь для старой идеи божественного творения.

Конечно, мысль о новом возвращении к идее божественного творения уже мало кого из ученых вдохновляла -- ведь она делала ненужной науку. От ученых требовали хоть какого-нибудь ответа на вопрос: откуда на Земле появилась жизнь? И они нашли такой ответ, обойдясь и без самозарождения, и без акта творения! Вселенная, ее материя, ее атомы -- вечны. А раз так, почему не могут быть вечными в этой Вселенной жизнь и «атомы живого» -- микроорганизмы, споры-зародыши которых переносятся каким-то способом с планеты на планету и везде дают начало новой, впрочем, тогда уж не совсем новой, а бесконечно старой жизни Вселенной?

И вот появилась теория панспермии -- живых пылинок, переносимых давлением солнечного света в головах и хвостах комет от планеты к планете, от звезды к звезде. Эту теорию поддерживали знаменитые физики Гельмгольц, Кельвин, Сванте Аррениус, а из российских ученых, например, Вернадский.

Сванте Аррениус особенно страстно выступал за теорию панспермии. Были проведены опыты, доказывающие большую устойчивость спор -- зародышей бактерий, водорослей и грибов -- к холоду и вакууму межпланетного пространства.

Все трудились хорошо

Гипотеза панспермии жива по сей день. Хотя теперь она выглядит не совсем так, как в начале XX века. Прежде всего оказалось, что жизнь не могла быть вечной. В последнее время астрономы, геологи и физики установили, что и окрестности нашего Солнца, и весь видимый с Земли космос незадолго до рождения планеты были очень горячими. Такими горячими, что никакая прежняя жизнь, если она была, не выдержала бы -- погибла.

Жизнь не могла быть вечной и потому, что, как оказалось, не вечны даже атомы. Когда была открыта радиоактивность некоторых химических элементов, ученые сразу попытались использовать распад атомов этих элементов, идущий со строго постоянной скоростью, как своего рода часы. И вот оказалось, что со дня синтеза самых долгоживущих элементов прошло около десяти миллиардов лет -- химические элементы рождались вместе с горячей Вселенной. Значит, если не на Земле, то в космосе жизнь не могла когда-то не появиться хотя бы один раз впервые.

В 1910 году физик Поль Беккерель обратил внимание сторонников теории космических зародышей на то, что споры-путешественницы должны выдерживать не только холод, не только вакуум, а еще и различные опасные излучения Солнца и других звезд. Он поставил опыты. Выяснилось, что самые живучие в вакууме и холоде споры не выдерживают, гибнут, если облучать их невидимыми волнами той части спектра радуги, что находится дальше фиолетового конца. Короткие ультрафиолетовые лучи убивали живые пылинки!

Нынешние сторонники гипотезы панспермии указывают, что зародыши живого могут переноситься и сохраняться в глубине космических обломков, под защитой от излучения. Американский астрофизик Ф. Хойл считает, что космическая жизнь может сохраняться, транспортироваться и даже частично развиваться на... кометах, этих поистине загадочных телах, играющих роль своеобразных посредников, связующего звена между миром планетной системы и большим космосом, межзвездными просторами. Подлетая к звезде, комета разогревается, из ее «головы» начинают с большой скоростью течь струи газа, в котором ученые действительно обнаруживают множество органических веществ. У кометы вырастает «хвост», которым она то и дело задевает атмосферы планет. Чуждая жизнь вторгается при этом на планеты, пускает «ростки» при благоприятных условиях, ростки новой жизни, а вернее, новые ростки жизни старой. Фред Хойл считает, что недаром древние так боялись комет, считая их предвестниками всяческих несчастий. В некоторых случаях после пролета кометы мимо Земли действительно могли начаться необычайно сильные эпидемии, вызванные какой-нибудь формой микроорганизмов, долго эволюционировавших в космосе, а потому незнакомых, особо опасных для иммунных, защитных систем земных существ. В метеоритах (а многие из них -- это осколки комет) уже в эпоху электронных микроскопов находят окаменевшие структуры, похожие на самые первые живые организмы Земли типа бактерий. И их там много, это целые фоссилизованные, то есть окаменевшие, колонии, прикрытые общей оболочкой, как бы окаменевшей слизью. Мой старый знакомый, палеонтолог А.Ю. Розанов считает, что это цианобактерии (для палеоботаника они носят название сине-зеленых водорослей) -- те самые, с которых началась жизнь на Земле, и даже называет их по их латинским наименованиям. Когда-то цианобактерии, сине-зеленые, были одной из первых «империй» в мире живого, главной формой жизни на Земле, это они начали более трех миллиардов лет назад с помощью фотосинтеза вырабатывать кислород. Сегодня их более высокоорганизованные потомки, настоящие водоросли и кораллы, вытеснили отовсюду, но не уничтожили совсем. Их покрытые слизью колонии можно встретить в необычных, редких условиях -- например, в сверхсоленом озере Сиваш в Крыму или в горячих бассейнах в кальдере вулкана Узон.

В общем, и сейчас в вопросе о том, как в космосе распространена жизнь, есть три мнения. Первое: жизнь есть на многих планетах, у многих звезд, и всюду эта жизнь однотипна, ибо она из одного корня. Такого мнения, кроме Ф. Хойла, придерживается выдающийся английский физик Ф. Крик, разгадавший тайну строения молекулы ДНК, этой основы наследственности.

Другое мнение -- жизнь распространена широко, но повсюду она зародилась самостоятельно. И сходство между биосферами разных обитаемых планет, если оно есть, может объясняться только общими закономерностями, управляющими самозарождением и развитием живых организмов.

И наконец, есть такая точка зрения: жизнь могла зародиться лишь однажды, настолько это маловероятное, почти чудесное событие. И наша Земля оказывается единственной, уникальной планетой в целой Вселенной! Тогда жизнь на Земле -- это великое чудо, которому буквально нет цены и которое нужно обязательно сберечь. К такому мнению в последние годы жизни пришел, например, видный российский астрофизик И. С. Шкловский, раньше стоявший на второй точке зрения.

Да, по многим важным вопросам ученым не всегда удается прийти к единому мнению. Хорошо это или плохо? Наверное, хорошо. Даже «сражаясь», будучи совершенно несогласными в основных вещах, ученые все-таки делают одно общее дело -- они познают для всего человечества мир. Они могут ошибаться, но сами их ошибки неизбежны, это ступени для вечного подъема к истине. Без них не было бы великих догадок и открытий. Для нас, потомков, эти ошибки очень важны, они учат нас жить и работать не меньше, чем высокие достижения. Они нас учат сомневаться, не быть слишком самоуверенными и самодовольными.

Об этом говорил еще Вильям Гарвей, умевший спорить, но умевший и уважать научного противника: «Ни хвалить, ни порицать: все трудились хорошо».

Мне кажется, правы те ученые, которые считают, что жизнь готова возникнуть и закономерно возникает везде, где для этого найдутся подходящие условия. Но не может не захватить и гипотеза Ф. Крика и Ф. Хойла о странствующих зародышах жизни, тем более что в последние годы астрономы открывают в межзвездных просторах огромные облака довольно сложных органических соединений, а в метеоритах уже почти всеми признаны и окаменевшие микроорганизмы, и сложные органические вещества, которые могут быть, конечно, и необходимой ступенькой, «полуфабрикатом» новой жизни, но и остатками прежней космической жизни. Да и мнение И. С. Шкловского об особой уникальности земной жизни, о том, что каждое живое существо -- это необычайное чудо, которое надо стараться сохранить, не может не найти в нас, жителях XXI века, обладающих экологическим сознанием, самого живого отклика.

Жизнь неизбежна

И вообще, споры в науке не решаются большинством голосов. Лет восемьдесят назад правило «живое из живого» было настолько всеми признано, что казалось несовместимым с самой мыслью о происхождении жизни из неживых веществ.

И тогда появился человек, который не побоялся усомниться в том, что казалось всем несомненным.

Правило «живое из живого» не могло иметь силы во времена, когда живого не было!

Тогда действовало другое правило, по которому в растворах древних океанов, морей и озер обязательно должны были накапливаться, взаимодействовать и все более усложняться разные соединения углерода -- главного элемента жизни.

Рано или поздно среди этих соединений неизбежно должны были появиться и такие сложные, от коих до нынешних веществ, веществ, из которых мы «сделаны» и благодаря которым мы живы, останется только маленький шаг.

Учение о до биологической, химической эволюции в нашей стране развивал российский ученый Александр Иванович Опарин. Четверть века назад один из его последователей, тогдашний студент американец С. Миллер, провел знаменитый, хотя и необычайно простой опыт.

В запаянную колбу налита вода. Над водой не воздух, а несколько газов, которых много в нынешней атмосфере планеты Юпитер и, как думают некоторые геологи, много было в древней атмосфере Земли. Через стеклянные стенки пропущены проволочки, на которые подается электрический ток. Время от времени между проволочками проскакивает искра. Гроза!

Прямо на глазах вода в колбе желтела и бурела, наполняясь какими-то смолистыми веществами. Когда колбу вскрыли и сделали химический анализ, оказалось, что смолистые комочки -- это сложные химические вещества, знакомые биохимикам как важные составные части тканей тел животных и растений, вещества, которые, как прежде думали, могут производиться только живой клеткой.

Открытие С. Миллера прогремело на весь биохимический мир, но вскоре, как это всегда в науке бывает, раздались голоса критиков. Некоторые говорили, что газы, взятые Миллером для опыта, не те. Что на Земле сначала были не водород, метан и аммиак, как на теперешнем Юпитере, а углекислый газ и азот, как и в атмосфере Венеры. Что гроз на молодой Земле могло и не быть и т. д.

Ученые снова взялись за опыты. И тут произошло самое удивительное. Газы в колбе заменили -- и получили тот же результат, те же вещества, необходимые для химической эволюции. Вместо электрической искры попробовали другие источники энергии -- ультрафиолетовые лучи, сильные удары (как будто падают метеориты), радиоактивность, просто нагревание. И каждый раз, то быстрее, то медленнее, в растворе появлялись все те же вещества. Получалось, что путей, ведущих к началу жизни, много. И что, как бы ни обернулись события на молодой Земле, химическая эволюция не могла не начаться. Как уже было сказано, может быть, она началась еще до рождения Земли -- в космосе. Вещества из колбы Миллера находят в метеоритах и в межзвездных облаках... Как писал в начале XIX века дед великого Чарльза Дарвина поэт и ученый Эразм Дарвин:

Так без отца и матери, одни

Возникли произвольно в эти дни

Живого праха первые комочки.

В огненной колыбели

Вулкан ревел, но вдруг этот рев стал глуше. Из черной тучи-джинна, быстро закрывающей небо, пошел густой пепел. Туча сверкала молниями, треск разрядов пытался перекричать рев вулкана. И тут в раскаленном тумане появились люди. Они не бежали от тучи, они шли в самую мглу -- в комбинезонах, шлемах и масках. Вот один из них присел и стал быстро черпать из воронки еще горячий пепел, ссыпая его в стеклянный цилиндр...

Евгений Константинович Мархинин, вулканолог, мой старый знакомый, отложил в сторону фотографии.

-- Ну и ?.. -- нетерпеливо спросил я.

-- Там были все эти соединения.

-- Он кивнул головой на рисунок, рассказывающий об опытах Миллера.

-- Мы подсчитали: во время того извержения вулкана Тятя этих веществ было выброшено около ста тысяч тонн. И аминокислоты там тоже были.

Поясню: аминокислоты (а их находили и в метеоритах, и в колбах с «древней атмосферой Земли») -- это те вещества, из которых, как цепь из звеньев, состоит молекула основного вещества жизни-белка.

Я опять посмотрел на фотографии извержения вулкана Тятя в 1973 году. Обугленные деревья, пустыня из пепла.

Все-таки удивительно это. Для раскрытия тайны происхождения жизни ученый исследует метеориты или, рискуя собственной жизнью, идет туда, где гибнет все живое. Но ведь это еще не жизнь была. Преджизнь, химическая эволюция... А каждый химик, даже любитель, знает: для сложных химических реакций нужна энергия. Нужны вещества -- катализаторы, ускорители реакций. Всего этого в избытке при вулканическом извержении. Основа жизни -- углерод. А соединений углерода много в вулканических газах.

Работа Мархинина как бы продолжала опыты американского ученого профессора Сиднея Фокса. Смесь искусственно созданных в колбе аминокислот Фокс запек, как пирог, в печи на поверхности... вулканической лавы. И аминокислоты начали соединяться между собой, образуя цепочки длинных молекул-полимеров, очень похожих на белки. Не так ли все это происходило на молодой Земле, покрытой рычащими, пылающими вулканами и окутанной вулканическими газами вместо воздуха? В огненной колыбели подрастало то, что в дальнейшем должно было стать жизнью.

А что дальше? Допустим, в какой-то момент на Земле среди вулканов появились первые океаны, вода. В одном из опытов профессор Фокс бросил янтарный комочек полученного им похожего на белок полимера в горячую воду, размешал палочкой, остудил, посмотрел в микроскоп. Он увидел, что искусственный «белок» собрался в капельки, внешне похожие на какие-то простые существа типа одноклеточных водорослей или бактерий. Они, конечно, не были живыми, эти капельки, но они вели себя иногда почти как живые. Если в воду капали кислотой или, наоборот, разбавляли ее, капельки реагировали -- то росли, то съеживались. Как живые клетки, капельки окружали себя тонкой пленкой -- двойной мембраной, через которую химические вещества идут уже не как попало, а с толком. Капелька удаляет одни вещества и собирает из раствора другие, нужные ей для роста, как бы «питаясь». Капельки могут соединяться или делиться -- очень похоже на то, как это делают живые клетки. Это было еще не живое существо, а «предживое вещество», модель организма, но она хорошо работала, эта модель, и о многом рассказала. А получена была в химической лаборатории очень несложным способом!

Между прочим, когда профессор Фокс получил свой полимер, похожий на белок, он обнаружил, что бактерии -- а их множество в каждом наперстке нынешнего воздуха Земли -- не стали «раздумывать», белок это или не белок, а принялись деловито пожирать его, как настоящий. Так же отнеслись к этому веществу и лабораторные крысы. Это значит, что вещества преджизни, появляясь на свет сейчас, в наше время, долго не залежатся. Их моментально съедят.

На молодой же Земле эти вещества никто не ел -- некому было, -- они накапливались, и это накопление было совершенно необходимо для массы сложных химических реакций, ведущих к первой жизни. Но когда появилась жизнь, появились и прожорливые едоки -- скопления веществ преджизни исчезли. Это значит, что жизнь, возникнув однажды, уже больше ни разу возникнуть не может: начинает действовать закон «живое из живого».

Впрочем, если правы те палеонтологи, которые настаивают, что нашли в метеоритах (возраст которых около 4,4 миллиарда лет) и в самых древних породах Земли одни и те же сине-зеленые водоросли, цианобактерии, то вопрос сразу оборачивается другой стороной. В горячих бассейнах на склонах вулканов цианобактерии -- первые и часто единственные обитатели, там же они и окаменевают быстро, в течение часов, чтобы без изменений храниться миллиарды лет. Тогда исследования Фокса и Мархинина рассказывают не о том, как зарождалась жизнь на Земле, а о том, как она зарождалась, делала первые шаги в космосе, на вулканах какой-то иной планеты, может быть, в иной, не Солнечной системе. Осколки той планеты и стали метеоритами. А те уже и разнесли зародыши жизни по Вселенной.

Клетка :деление

Вот дом, который построила ДНК... Да-да, представь себе дом. Ну... кирпичный дом. Это может быть сложный дом -- с колоннами, выступами, карнизами, с красивыми стрельчатыми окнами. И вся эта сложность, все это многообразие составлено из простых глиняных кирпичей, только уложенных в разном порядке.

Иногда с кирпичом сравнивают живую клетку. Из клеток состоим мы с тобой, тела всех животных и растений. И под микроскопом при небольшом увеличении живая ткань немного напоминает кирпичную кладку -- ряды клеток образуют и кожу, и стенки внутренних органов, и мышцы, и нервную ткань, и мозг.

Теперь представим себе, что в гости к строителям как-то раз является волшебник. И говорит: зачем вы ставите подъемные краны, строительные леса, кладете кирпич к кирпичу? Вот как надо! И волшебник берет кирпич, сажает его в землю, как семечко, поливает из волшебной своей лейки, и вот из кирпича-семечка растет дом. Этаж за этажом, сами собой из стенок вырастают лестничные клетки, лифтовые шахты, застекляются окна, появляется крыша, а на ней -- телевизионная коллективная антенна.

Вот из таких чудо-кирпичей состоит и живое существо. Хороший ботаник-экспериментатор из любой клетки растения, а не только из семечка или почки сможет вырастить целое растение.

Выходит, в клетке есть что-то, какая-то запись, наследственный зачаток организма в целом. К тому же многие животные и растения Земли от рождения до смерти состоят из одной клетки. Похоже на то, что и наши с тобой далекие предки состояли всего из одной клетки, были одноклеточными организмами. Вот почему ученые, изучающие происхождение жизни, считают своей задачей проследить все этапы первичной химической эволюции до образования клетки. Когда появились клетки -- это была уже не преджизнь, а жизнь, и она стала развиваться уже по иным законам.

Было время, когда ученые считали клетку чем-то очень простым -- комочком слизи, и все. Сейчас известно, что клетка -- это целый завод, вырабатывающий по определенной программе нужные вещества, нужные не только самой этой клетке, но и другим клеткам: между клетками-заводами есть разделение труда.

Обязанностей у клеток множество, но мы будем говорить только о двух: о производстве белков и об обязанности самовоспроизводства -- клетки делятся. Это деление у одноклеточных существ оказывается и размножением. У многоклеточных животных и растений деление клеток обеспечивает рост отдельных тканей и органов всего организма в целом.

И вот в этих-то двух самых важных производственных клеточных процессах важнейшую роль, оказывается, играют белки и нуклеиновые кислоты.

Разных белков в организме множество, тысячи, это длиннющие нитевидные молекулы, и все они составлены из двадцати одних и тех же бусинок-аминокислот.

Отличаются молекулы разных белков друг от друга только одним -- порядком следования бусинок-аминокислот в нитях белковых молекул. Этот порядок следования у настоящего белка определен очень строго, никаких перестановок не допускается, а если перестановка происходит, то получается уже другой белок, в данное время и в данном месте обычно ненужный или даже вредный. Жизнь клетки и организма в целом -- это миллионы различных химических реакций, и одна из главных обязанностей белков --ускорение этих химических реакций. Каждый белок (белки-ускорители называют ферментами) в сотни тысяч раз ускоряет какую-то одну нужную в определенный момент и определенном месте реакцию, тут не должно быть никакой путаницы, и поэтому каждая белковая молекула должна быть построена так, как нужно, а не иначе, ведь именно от строения белка зависит, как отнесутся к нему молекулы веществ, вступающих в реакцию.

Вот почему белок -- это не просто смесь аминокислот, а своего рода текст, в котором чаще всего нельзя изменить ни буквы.

Есть такая наследственная болезнь -- серповидно-клеточная анемия. Это тяжелая болезнь, и она, наверное, давно бы исчезла с лица Земли вместе с теми, кто поражен ею (ведь люди с такой наследственностью раньше умирают и оставляют меньше потомков, чем здоровые), если бы не одно обстоятельство. Больные этой анемией никогда не болеют малярией. Возбудитель малярии питается красными кровяными шариками человека, а у больных анемией не шарики, а серпы, и возбудители их не усваивают! И вот в тропической Африке, где издавна свирепствовала малярия, болеть анемией оказалось в какой-то мере выгодно... Ученые только недавно обнаружили первопричину этой наследственной болезни. Оказалось, что в огромной молекуле белка, входящего в состав кровяных шариков, одна -- всего одна! из 600 бусинок-аминокислот заменена неправильной. Из-за этого вся клетка эритроцита уже «не держит» круглой формы, сворачивается в серп. И вот тяжелейшая болезнь. Трудно составить текст из 600 букв, в котором всего одна замененная буква так искажала бы весь смысл. В то же время этот пример показывает, что ошибки в строении больших биомолекул иногда оказываются хотя бы в каком-то отношении полезными. И это очень важно, без таких полезных ошибок не было бы эволюции!

Закодированные инструкции

А теперь представь себе, что ты взял наугад из наборной кассы наборщика массу букв и все их бросил на стол, и перед тобой совершенно случайно оказался... ну хотя бы заголовок этой книжки. Вероятность такого события совершенно ничтожна, с такой же вероятностью воздух из комнаты может весь выйти в форточку... И когда ты видишь перед собой связный текст, ты не будешь гадать. Ты твердо знаешь, что текст не сам составился из случайно брошенных литер, а его придумал и написал какой-то человек, выражая некую мысль. Значит, и белок в клетке строится не как попало, а его строит некто для какой-то цели по строго определенной программе. Этот «некто», а вернее, нечто, и есть нуклеиновая кислота, точнее, дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), молекула которой содержит длинный «текст», целый том закодированных «инструкций», как строить тот или иной белок. Этот том секретных инструкций клетка получает по наследству от своих предков и передает его потомкам как семейную святыню, без которой сразу развалится вся семья... Синтез, строительство белковых молекул в клетке -- вещь сложная, и не все там понятно по сей день. Но главное ученые все же смогли подсмотреть. Многие участки молекулярного кода ДНК (их называют генами) -- это запись строения того или иного белка (зная, какая аминокислота в белке больного анемией заменена, можно найти ошибку в генной записи, из-за которой белок производится с «опечаткой», такие «опечатки» ученые называют мутациями).

Как переносится кодовая запись гена на белковую молекулу? Каждый ген, кусок двойной цепи ДНК, если цепь расплести, обретает «липкость», к нему в этот момент норовят присоединиться определенные молекулярные последовательности. Над генами происходит сборка... Чего, белка? Нет, своеобразной копии гена, но только не ДНК, а РНК -- рибонуклеиновой кислоты. Эта молекула-посредник, информационная, она же матричная РНК, точное, но зеркальное отражение гена, появляется в клетке ненадолго. Появившись, она спешит в другое подразделение клеточного «завода» -- рибосому. Рибосома состоит из двух полушарий, и конец РНК-депеши закладывается (как это происходит, рассказывать трудно и долго) в одно из этих полушарий -- то, что поменьше, как конец магнитной ленты в головку магнитофона.

Теперь рибосома готова к работе. Вокруг нее поднимается большая суета. Молекулы так называемых транспортных РНК начинают «рыскать», каждая в поисках своей аминокислоты. «Рыскание» это происходит вблизи рибосомы, в прозрачной плазме клетки. В этом растворе, если клетка здорова, хорошо питается и дышит, должны быть все необходимые детали-молекулы.

Невероятно странно: молекула «ищет», блуждает, чтобы «найти». Молекула обладает поведением -- как живое существо. Как будто у нее своя воля есть или ей кто приказал. Ученые все еще далеки оттого, чтобы понимать со всей отчетливостью, как движутся внутриклеточные частички органеллы и молекулы внутри клеток, как там отдаются приказы, которые так точно и в срок исполняются. Ну а то, что в срок... Никто пока не может сказать, где в клетке спрятан этот будильник-хронометр, который приводит в действие все «винтики» (ох, до чего неточное слово, но как еще сказать?) этого удивительного «предприятия» -- клетки, не видимой простым глазом.

И вот происходит она, встреча. Узнавание. Транспортная РНК находит свою аминокислоту. Она скрепляется с ней. Она тащит ее к рибосоме. А там уже стоит, ждет, изготовившись, лента информационной РНК.

Транспортные РНК разные, но есть в них и общее: каждая похожа на скрепку -- на каждой есть особый изгиб, похожий на бородку ключа. А вот узор этой бородки, то есть последовательность химических групп, у каждой транспортной РНК на этом изгибе свой. «Ключ» узнает свой «замок». Бородка «узнает» зеркально-подобный (комплементарный) «узор» на ленте информационной РНК и временно скрепляется с ним.

Как только первая аминокислота оказывается на месте, лента информационной РНК сдвигается «на одно деление» (на один ген), и к ней теперь может подойти следующая транспортная РНК с другой аминокислотой, которая укладывается рядышком с предыдущей. После того как аминокислоты соединились, транспортная РНК высвобождается для новой операции подтаскивания. Долго ли, коротко ли, но вот вся лента информационной РНК «проиграна» через рибосому, аминокислоты выстроены в нужном порядке и химически соединены, а все транспортные РНК отсоединены и отправлены восвояси (на эти соединения и отсоединения требуется энергия, и она все время подводится к месту сборки с помощью специальных молекул -- носителей энергии). Есть молекула белка!

Ну что, все просто и ясно? Ты заметил, процесс столь сложен, что мне то и дело приходится употреблять такие слова, как будто в самом деле речь идет о настоящем заводе. Я не буду рассказывать еще подробней, про один процесс синтеза белка можно написать (и написаны) целые книги, здесь важно уяснить следующее: везде, где я говорил о переносе⁷, подтас-ке, узнавании, соединении, подводе энергии, дело не обходилось... без тех же белков-ферментов! «Завод» клетки в массе производит не только детали своего устройства, но и «работников»!

Долго рассказывать и о том, как происходит второй главнейший процесс живого -- самовоспроизведение, деление клетки. Скажу только, что центральный момент этого процесса -- это разделение, перепечатка «семейной реликвии-инструкции» -- ДНК. Двойная спиральная молекула ДНК вдруг расплетается, и на каждой из двух образовавшихся нитей собирается по второй нити-спирали. И этот процесс самовоспроизведения ДНК не обходится без... опять-таки фермента-белка! Ну а этот белок тоже заранее изготавливается ДНК с помощью рибосом и РНК.

Вот как все сложно в живой клетке. Без ДНК не построишь белка (и РНК!), но без РНК тоже невозможно представить себе синтез белка. А без белка-фермента еще никто не смог добиться репликации (самовоспроизведения) ДНК. Без репликации же нет самовоспроизведения клеток, значит, нет размножения, наследования и роста, основных свойств живого мира. Когда-то это назвали центральной догмой молекулярной биологии и изобразили в виде формулы:

ДНК > РНК > белок

И вот как будто получается, что жизнь могла начаться только с того момента, когда на древней Земле, в «первичных бульонах», где-то в одном месте встретились все три вещества преджизни, пусть даже очень упрощенного устройства, но все три: ДНК, РНК, белок... Путь к каждому из этих веществ и так очень непрост, но чтобы они встретились в одном месте... Многие ученые снова стали подумывать о счастливейшей редкой случайности, вроде той, когда брошенные буквы сами сложились в осмысленные слова.