Айзек Азимов - Загадки мироздания
Сначала в растворе находились лишь простые вещества, которые были очень широко распространены на Земле много эпох назад; и выяснилось, что одного лишь нагревания достаточно, чтобы из этих веществ образовывались аминокислоты, а затем эти же аминокислоты сами по себе объединялись в длинные белкообразные цепочки, которые ученый назвал «протеиноидами».
Лучше всего это получалось при температурах выше точки кипения воды, и некоторые биологи сомневались, что в условиях первобытной Земли такой процесс мог происходить без того, чтобы образуемые протеиноиды не распадались с той же скоростью, с какой и формировались. Однако Фокс тут же обрисовал картину, при которой протеиноиды образовывались в горячем вулканическом пепле, а затем тут же растворялись и смывались горячим дождем, не успевая в массе своей распасться.
Далее Фокс обнаружил, что при растворении его протеиноидов в горячей воде и последующем остывании раствора большие белкообразные молекулы демонстрируют тенденцию скапливаться вместе и слипаться в крошечные шарики, которые ученый назвал «микросферами».
Эти микросферы во многом напоминают простейшие клетки. По размеру и форме они напоминают маленькие бактерии. Как и клетки, они окружены некоей мембраной. Путем соответствующих изменений окружающей жидкости их, как и клетки, можно заставить раздуваться или, наоборот, ссыхаться. На них могут образовываться почки, которые могут иногда вырастать до больших размеров и отсоединяться. Они могут делиться надвое, могут объединяться в цепочки. Даже вещество внутри микросфер имеет некоторые свойства рабочих лошадок живой ткани — ферментов.
Конечно, микросферы не соответствуют ни одному определению живой ткани, но разве граница между живым и неживым непременно должна быть четкой и резкой? Многие биологи считают, что такой однозначной границы быть не может. Скорее живую и неживую материю разделяет широкая зона, находящиеся в которой объекты можно рассматривать как в некоторой степени живые, а в некоторой — неживые. Если придерживаться такой точки зрения, то микросферы, хоть им и далеко еще до собственно живой ткани в строгом смысле слова, уже не являются полностью неживыми.
Возможно, Фокс или кто-то другой сможет, подталкивая микросферы все дальше, провести их через весь путь от неживого к несомненно живому. А может быть — нет. Сложно сказать.
Может быть, попытки перепрыгнуть от ничего сразу к клетке — изначально ошибочны. Вполне возможно, что клетка — не самый подходящий объект для выбора в качестве первичной цели в попытке создать живую материю. Скорее всего, не она первой появилась на свет в ходе естественной эволюции от неживого к живому. Клетка в том виде, в котором мы ее знаем, может представлять собой не пример самой примитивной живой ткани, а результат ее долгой эволюции. Ведь на протяжении несчетных миллионов лет перед тем, как появилась первая клетка, наверняка должны были существовать более простые структуры. Просто стоило появиться на свет клеткам, как они полностью вытеснили своих предшественников в ходе конкурентного отбора, и теперь нам кажется, что проще клеток ничего нет, не было и быть не может.
Но эти «протоклетки» исчезли не совсем бесследно.
В каждой клетке содержатся еще более мелкие тела. Например, клеточное ядро, в котором находятся хромосомы, обеспечивающие механизм наследственности. Снаружи ядра в клетке располагаются митохондрии, представляющие собой энергетический аппарат. В клетках растений имеются хлоропласты — живые аналоги солнечной батареи, превращающие энергию солнечного света в пищевые запасы энергии химической.
Все эти органеллы могут представлять собой потомков протоклеток. Возможно, что протоклетки пришли к совместному существованию с образованием сложных структур как к более эффективному, чем самостоятельное. И уже эти объединения протоклеток (известные нам сейчас как клетки) и завоевали весь мир.
Самыми важными изо всех органелл можно назвать хромосомы. Каждому виду живых существ свойственно свое характерное количество хромосом. Например, в клетках человека их 46, и все вместе на определенных стадиях роста клеток они напоминают массу толстых переплетенных макарон.
Каждый раз, когда клетка делится надвое, каждая хромосома подвергается изменениям, в результате которой из одной хромосомы получается две, причем абсолютно одинаковые. Этот процесс получил название «репликация». Если проследить историю 46 хромосом любой из 50 триллионов клеток организма взрослого человека, то выяснится, что они происходят от 46 хромосом изначальной оплодотворенной яйцеклетки. А хромосомы этой оплодотворенной яйцеклетки были получены из двух родительских клеток, половина — из отцовского сперматозоида, половина — из материнской яйцеклетки. И происхождение каждой из них тоже можно проследить вплоть до оплодотворенной яйцеклетки соответствующего родителя и т. д.
Именно хромосомы отвечают за формирование ферментов в клетке. В каждом поколении хромосомы обоих родителей образовывают новую комбинацию; да и иные небольшие изменения в хромосомах тоже происходят при переходе от родителей к детям. В результате не бывает двух живых существ, чьи хромосомы в точности совпадают, а значит, в чьих клетках производятся в точности одинаковые ферменты. (Из этого правила есть одно исключение — однояйцовые близнецы, происходящие из одной и той же оплодотворенной яйцеклетки.)
Именно ферменты отвечают за химические механизмы, действующие в каждой клетке, а значит, именно они придают каждому живому существу его индивидуальность. Поэтому и следует рассматривать хромосомы как основу клетки, так же как мы рассматриваем клетку как основу взрослого живого существа.
Микросферы Фокса не имели этой важнейшей составляющей. Если бы мы могли синтезировать хромосомы, а затем внедрить их в микросферы, у нас, несомненно, получилась бы живая материя. Впрочем, если бы мы могли синтезировать хромосомы, то не исключено, что можно было бы создать им такие условия, когда они сами собрали бы вокруг себя целые клетки.
Последнее предположение не так удивительно, как кажется, поскольку имеется и непосредственное свидетельство в пользу того, что хромосомы представляют собой более базовую единицу живой материи, чем клетки. Клеток без хромосом не бывает, а вот хромосомы (несколько видоизмененные, правда) бывают и без клеток.
Мы называем такие хромосомообразные объекты вирусами. Вирус гораздо меньше клетки и гораздо проще по строению. По размерам вирус равен хромосоме, по химическому строению и функциям — сходен с ней.
Вирусоподобные объекты существовали миллиарды лет назад, задолго до того, как началась эволюция клеток, и уже тогда они были способны к самостоятельной репродукции. Видимо, все необходимое для роста и размножения в то время входило непосредственно в их состав, а значит, они были несколько сложнее современных вирусов.
Существующие сегодня вирусы, так сказать, развращены существованием клеток. Современный вирус — это чистой воды паразит, утративший все средства к самостоятельному существованию и вне клетки способный лишь не разрушаться, не более того. Однако стоит ему проникнуть в подходящую клетку, как ее-то химический механизм вирус оказывается вполне способным использовать для своих целей. За счет ресурсов клетки вирус размножается и иногда в процессе этого убивает саму клетку.
Сначала было много споров насчет того, считать ли вирус живым существом, и сейчас большинство биологов сошлись на том, чтобы считать. Это решение стало одной из причин других споров — о том, когда, же будет искусственно синтезирована живая материя. Если под живой материей подразумевать целую клетку — то до этого еще далеко. Если же под живым существом подразумевать вирус — то наша цель гораздо ближе, чем кажется.
Как правило, вирус репродуцируется, только попав в клетку, используя ее ферменты, строительный материал и энергию, которых в клетке предостаточно. Но что, если взять небольшое количество вирусов и предоставить им все необходимое вне клетки?
В октябре 1965 года профессор Сол Шпигельман из университета Иллинойса представил результаты своей работы в этом направлении. Ему удалось получить вирус в пробирке. В некотором смысле это можно назвать синтезом простейшей живой формы, но все-таки это был не совсем полноценный синтез. Изначально для размножения была использована часть вируса, так что весь процесс напоминает скорее выращивание цыпленка (или человека) из яйца. А мы хотели бы видеть синтез живой ткани с самого начала — из полностью неживой материи.
Чтобы понять, как такое возможно вообще, давайте рассмотрим химическое строение хромосомы или вируса.
Содержимое хромосомы или вируса представляет собой длинную, закрученную спиралью цепочку атомов, представляющую собой молекулу нуклеиновой кислоты. Разновидность нуклеиновой кислоты, содержащаяся как в хромосомах, так и в более сложных вирусах, называется «дезоксирибонуклеиновая кислота», сокращаемая обычно как ДНК. Молекулу ДНК окружает белковая оболочка.
