Ирина Яковлева - По следам минувшего
Не было нехватки и в сборочных агрегатах. По-видимому, на Земле работало сразу несколько конвейеров по сборке белковых полимеров: горячая поверхность лав, глина морских прибрежий и, наконец, сама поверхность пептидов, плавающих в первичном бульоне. Все три способа сборки ученые испробовали в лабораториях, и все они действовали. Особенно хорошо «работал» глинистый ил. На нем из раствора оседали упорядоченные белкоподобные полипептиды почти неограниченной длины. Причем без нагревания. Значит, первичный белок мог рождаться почти везде — в воде, в грязи и в огне. Но белок, как мы теперь знаем, это еще не жизнь.
ПАМЯТЬ ЖИЗНИ
В чем сходство и в чем различие между живой и неживой природой? Сходство очевидно: кристалл кварца, лист березы, инфузория и обезьяна — все они имеют определенную видимую форму. Различие же между ними заключено в том, что в неживой природе форма эта мало зависит от происходящих в ней процессов. Тогда как в живой природе форма без них немыслима. Значит, живой организм — есть, прежде всего, движение. Движение осмысленное и великолепное, как симфонии Бетховена. Последовательно строгое, как теоремы Лобачевского. Тысячи и тысячи сложных реакций осмысленно разгораются каждая в свое время и в своем месте, обеспечивая в ряду поколений постоянство форм и устройств живой клетки.
Попробуем понять это.
Я помню чудное мгновенье:
Передо мной явилась ты,
Как мимолетное виденье,
Как гений чистой красоты.
— Помилуйте, — удивитесь вы. — Это — пушкинские строки! И непонятно, причем здесь они.
— А почему вы думаете, что это написал Пушкин? — в свою очередь спросим мы. — Чем докажете?
— Да тут и доказывать нечего! — возмутитесь вы, — Это есть в школьной программе. Мы учили и так хорошо помним!
Вот это нам и хотелось услышать! «Учили, помним» — и потому не переставим слов в этом прекрасном четверостишье, не нарушим его ритма.
То же происходит и с клеткой. Тончайшие ее устройства «научились запоминать» и поэтому точно помнят все слова, фразы и знаки препинания в сценарии своей жизни и могут точно перепечатать этот сценарий для своих потомков.
Память жизни хранят нуклеиновые кислоты. Сценарий, по которому разворачивается великое действо клетки, записан четырехбуквенным кодом нуклеотидов на бесконечной спиральной ленте ДНК.
Если вы захотите узнать об этом подробнее, прочтите великолепную книгу Уотсона и Крика «Двойная спираль». Наверное, никто не может рассказать об открытии лучше, чем сами открыватели, если они, конечно, захотят и сумеют говорить просто и понятно. А для нас пока самое важное вот что: жизнь, какой мы ее знаем сейчас, начинается с памяти, со взаимодействия трех блоков. ДНК хранит память, РНК «читает программу» и ведет сборку белков. Белок взаимодействует со средой и, в свою очередь, участвует в сборке ДНК и РНК. Именно это единство и есть тот самый крепкий орешек, который еще не разгрызла современная наука, чтобы окончательно решить проблему биогенеза. Понятно, как собирались детали блоков. Почти понятно, как складывались сами блоки. Но все еще не очень понятно, как они сложились в существо.
Взгляды многих современных ученых удивительно напоминают теорию древнего философа Эмпедокла. Он рассказал, как в первобытном хаосе блуждали, дико сплетаясь, части людей и животных. Красными лягушками прыгали сердца, фиолетовыми змеями извивались кишки, перебирая пальцами, ползли руки, и одинокая лошадиная нога вдруг ступала копытом на трепещущий мрамор безрукого бюста. Дико взирали на этот кошмар, достойный кисти средневекового художника-фантаста Иеронима Босха, головы будущих Венер и Горгон, которые катились со стуком сквозь чащу грив и хвостов.
Части соединялись. Вступали в союзы. Затем все противоестественные сочетания вымерли. Остались целесообразные — люди, звери, чудовища.
Вот так и в первичном океане встретились, по мнению некоторых ученых, активные комочки белка с мертвой памятью цепей ДНК. До этого была сплошная химия, преджизнь. Теперь началась жизнь, эволюция.
Но счастливые встречи на этом не кончились. Современная клетка очень сложна. В ее состав входит много сложных устройств — органелл. Возможно, и они были когда-то самостоятельными существами, которые вступили в союз ради общей пользы.
Так появилась клетка.
ГДЕ И КОГДА НАЧАЛА РАЗВИВАТЬСЯ ЖИЗНЬ НА ЗЕМЛЕ?
На вопрос «где» ответить не так трудно. Стоит только вспомнить, что живые существа на 90 процентов состоят из воды. Поэтому ответ напрашивается сам собой: жизнь начала развиваться в воде или в очень влажной среде. Значит, жизнь стала возможной только с момента образования воды.
Более сложен вопрос «когда». Как отыскать самих ультрамикроскопических участников Великого старта жизни, которые еще не имели формы? Для этого пришлось создать науку с многосложным названием «палеобиогеохимия». Ее сверхточные методы и поистине фантастическая аппаратура позволяют отыскать в толщах древних пород следы химических реакций, возможных только при участии живых организмов.
Современное естествознание неожиданно воскресило забытую, казалось, навсегда наивную идею античного философа Эмпедокла о том, что живые существа возникли благодаря слиянию независимых, существовавших до определенного момента самостоятельно частей, или органов. Ученые считают вероятным, что первые клетки «ядерных» организмов, давшие начало всем высшим животным и растениям, возникли вследствие симбиоза нескольких видов бактерий — организмов «безъядерных». Согласно другой гипотезе решающую роль в эволюции сыграла естественная «генная инженерия»: правда, в симбиоз вступали не органы, а блоки генетической информации, перенесенные вирусами от одних организмов к другим.
В основных чертах клетки всех эукариот весьма схожи: клеточная мембрана окружает содержимое живой клетки, включая ее ядро и цитоплазму.
Ядро, несущее наследственную информацию, управляет синтезом белков и через них — всеми физиологическими процессами в клетке. В хлоропластах, которые есть в клетках высших зеленых растений, происходит процесс фотосинтеза.
В 1975 году в Москве происходило совещание о важнейших этапах развития жизни, на котором академик Б. С. Соколов назвал цифру — 4 миллиарда 250 миллионов лет. Именно здесь, по новейшим научным данным, прослеживается граница между жизнью и нежизнью. Эта цифра очень важна. Получается, что самое главное событие в истории Жизни — возникновение ее молекулярно-генетических механизмов — произошло по геологическим масштабам прямо-таки молниеносно. Всего через 250 миллионов лет после рождения самой планеты и, по-видимому, одновременно с рождением океанов и атмосферы.
Напомним, что путь от рыбы до человека, который всегда казался короче, чем путь от мертвой материи до живой, занял в полтора раза больше времени — около 400 миллионов лет.
Быть может, преджизнь вообще не имеет истории, как не имеет ее химическая реакция.
Еще в пятидесятые и даже в начале шестидесятых годов нашего столетия биологи думали совсем иначе. Самый длинный путь — долгие миллионы лет от неживой материи до первых биологических систем. Чуть покороче — до первой клетки, и только потом колесо истории закрутилось повеселее. Думать так заставляла вся система теоретических представлений и расчетов.
И вдруг за последние двадцать лет, казалось бы, хорошо отлаженные часы биологической истории словно взбесились. Они то мчатся, то совсем некстати замедляют ход. Оказывается, одни события произошли гораздо раньше, чем предполагалось по теории, другие — значительно позже. И кто же выступил в роли «возмутителя спокойствия»? Как ни странно — палеонтология! Она вдруг осмелилась спорить с юными сестрами-великаншами — молекулярной биологией и молекулярной генетикой.
Происходит самое интересное событие в науке — кризис старых представлений, рождение иных основополагающих идей. И это касается самых основ теории развития!
ВРЕМЯ «НЕВИДИМОК»
Честно говоря, палеонтологам сейчас приходится очень трудно. Ведь почти все знания об организмах прошлого они получили, изучая их скелеты. Скелеты — это известковые веточки кораллов и раковины моллюсков, это хитиновые панцири раков и насекомых, фосфатные кости животных, кремневые иголки губок. Ну что между ними общего? Только то, что они твердые. Казалось бы, никакой связи между разными скелетами быть не может и появляться они должны в строгом порядке систематического старшинства. Сначала раковинки одноклеточных — амеб и корненожек. Потом скелеты губок, потом кишечнополостных и так далее. Так думали все. И вдруг оглушительный взрыв очередной палеонтологической «бомбы»: все разновидности скелета появились сразу. В один геологический век — 570 миллионов лет назад. Вот почему так поражает вопрос древней «Ригведы»: «Когда лишенная костей родила первого, обладающего костями?» Сегодня уже ясно, что вопрос этот имеет смысл: известен ответ. И известно, что за ответом кроется загадка одного из важнейших событий в истории Земли — «великой скелетной революции». Это событие делит историю Земли на две очень неравные части: эпоху «видимой жизни» — фанерозой, который начался 570 миллионов лет назад и продолжается ныне, и эпоху «скрытой жизни», или криптозой, который закончился 570 миллионов лет назад, а начался 4 миллиарда 250 миллионов лет назад. 6/7 истории Жизни приходится на темные века криптозоя. И только сейчас удалось выяснить кое-какие тайны этих «темных веков» и познакомиться с некоторыми «невидимками».
