Айзек Азимов - Загадки мироздания
Возникает картина неизбежности молекулярной эволюции. Стоит лишь взять планету, похожую на Землю, где имеется достаточно простых химических соединений, добавить энергии от ближайшего Солнца, и избежать образования нуклеиновой кислоты не удастся. Единственное, что останется на долю ученых в таком случае, — это просто следить за процессом, в крайнем случае — ускорять его.
Синтез нуклеотидов путем удобных химических методов (ведь не обязательно делать это с помощью хаотического процесса, как Поннамперума) стал уже привычным делом. Шотландский химик Александр Тодд (ныне — барон Тодд Трампингтонский) в 1940-х годах синтезировал несколько различных нуклеотидов.
Но что же мы можем сказать о переходе от нуклеотидов непосредственно к нуклеиновой кислоте?
В 1955 году испано-американский биохимик Северо Очоа с помощью правильно подобранных ферментов сумел в ходе своих опытов в Нью-Йоркском университете сформировать из раствора высокоэнергетических нуклеотидов молекулы, очень похожие на естественные нуклеиновые кислоты, несмотря на то что изначально в растворе не имелось ни одной нуклеиновой кислоты, которая могла бы послужить моделью.
Именно этот синтез нуклеиновой кислоты Мюллер и имел в виду в 1960 году, когда сказал, что живую материю уже синтезировали пять лет назад.
Если быть совсем точными, то молекулы нуклеиновой кислоты, синтезированные без шаблона, имеют совершенно хаотичный порядок следования нуклеотидов и, как правило, более простое строение, чем естественные молекулы. Понятно, что искусственно синтезированные нуклеиновые кислоты не помогают работе ни одной клетки и не способны проникать в клетки и размножаться там. Обладая потенциалом живой материи, они тем не менее ничем этот потенциал не проявляют.
Итак, на сегодняшнем этапе развития биологии ученые могут
1) создавать молекулы нуклеиновой кислоты по образцу присутствующей в системе некоей природной молекулы. Такие молекулы можно рассматривать как живые, но они не являются созданными из полностью неживых исходных материалов;
2) создавать молекулы нуклеиновой кислоты из полностью неживых исходных материалов. Такие молекулы до сих пор пока не демонстрируют никаких свойств живой материи.
Наука пока не в силах создать из полностью неживого сырья полноценную живую молекулу нуклеиновой кислоты, но такое положение дел продлится недолго, и именно это имел в виду Прайс в той цитате, с которой я начал главу.
Давайте же заглянем в будущее и посмотрим, какие последствия мы получим, когда человечество научится создавать искусственные нуклеиновые кислоты, искусственные вирусы, искусственные хромосомы, искусственную жизнь.
Какие опасности грозят нам сейчас? Допустим, ученые создадут вирус, который сможет проникать в клетки, — совершенно новый вирус, против которого человек, может быть, никогда не сможет выработать никакой защиты. Может ли получиться так, что новая, невообразимо смертоносная чума, вырвавшись из пробирки, уничтожит все человечество, а может быть, и всю клеточную жизнь на Земле?
Вероятность такого исхода очень мала. Проникновение вируса в клетку и дальнейшее использование вирусом клетки в своих целях — чрезвычайно сложное явление. Этот механизм обладает работоспособностью только благодаря миллиардам лет медленной эволюции, а вирусы, как правило, могут паразитировать только на клетках конкретных видов.
Поэтому допустить появление вируса, который случайно окажется непобедимым для всех систем иммунитета и при этом будет обладать свойством разрушать все клетки человеческого организма, можно лишь с очень большой натяжкой. Выражаясь математическим языком, вероятность такого события не исключена, но крайне мала.
Так давайте же лучше рассмотрим более конструктивные и оптимистические возможности, которые сможет предоставить нам наука.
Над миром встает заря дня, когда мы сможем повторить предыдущий триумф человечества на новом — гораздо более тонком и сложном — уровне.
Когда-то, в далекие доисторические времена, человек вел образ жизни охотника и собирателя. Он ел диких животных, которых удавалось убить, или фрукты и ягоды, которые удавалось найти. Если человеку не везло в погоне или в поиске, то он оставался голодным.
Потом люди научились приручать животных — кормить их, присматривать за ними, а взамен пользоваться их молоком, шерстью и рабочей силой и забивать их на мясо в случае необходимости. Научились выращивать растения и собирать урожай. Человек перестал быть охотником и собирателем и стал пастухом и землепашцем. В результате пищи у него стало гораздо больше. В результате этих потрясающих открытий около 10 тысяч лет назад произошел первый в истории человечества демографический взрыв.
В отношении материи, из которой состоят клетки, мы пока что находимся на стадии «охоты и собирательства». Возьмем для примера инсулин. Инсулин — это белок, вырабатываемый особыми клетками в железе, именуемой поджелудочной. Это не фермент, а гормон, необходимый для правильного функционирования организма. Его отсутствие (или недостаток) в организме приводит к диабету (см. главу 3).
Диабетик может вести нормальный образ жизни, если будет регулярно получать инъекции инсулина. Инсулин для этих инъекций получают из поджелудочной железы забиваемых коров и свиней. Мы «собираем» инсулин из тех поджелудочных желез, которые нам удается найти. А их бывает ровно одна на каждое забитое животное, то есть запас ограничен.
Конечно, этого ограниченного запаса хватает, но зачем заниматься собирательством инсулина, если у нас появился шанс получать его, «разводя стада» молекул? Что, если нам взять из клетки поджелудочной железы не сам инсулин, а молекулу нуклеиновой кислоты, которая запускает производство инсулина? Если мы «одомашним» эту нуклеиновую кислоту и будем предоставлять ей достаточно необходимого сырья, то она сможет производить инсулин в неограниченных количествах, как корова производит молоко. Тогда у нас будет свой собственный запас инсулина и мы перестанем зависеть в этом отношении от количества забиваемых животных. Более того, возможно, нам удастся заставить эту нуклеиновую кислоту реплицироваться самостоятельно и тогда нам вообще не понадобятся больше никакие животные.
Разве не заманчиво выглядит будущее, в котором появятся заводы и фабрики, где вместо лязгающих железных механизмов будут трудиться микроскопические нуклеиновые кислоты? Человечество вполне сможет искусственным образом получать сотни, тысячи сложных ферментов и других белков. С помощью некоторых ферментов удастся проводить некоторые химические реакции лучше, чем посредством любого из ныне известных способов. Появятся и новые вещества, пригодные к использованию в медицинских целях.
Возможно даже, что часть получаемого таким образом биологического материала можно будет употреблять в пищу. Искусственно изготовленные белки будут добавляться в естественную пищу в тех регионах земного шара, где питания не хватает. Да, искусственное изготовление белков будет недешево обходиться, особенно поначалу, но зато сами белки будут представлять собой чистую идеальную пищу — ни костей, ни хрящей, ни жира, сплошной продукт с высочайшей питательной ценностью.
Скорее всего, большинство людей на Земле воспротивятся введению такой неестественной диеты, но колонисты на Луне или Марсе должны высоко ее оценить. Ведь там не пасется скот и не растут яблони, а с учетом того, во сколько обойдется транспортировка пищи в космосе, похоже, что нуклеиновым кислотам будет где развернуться. Сырье-то для будущих молекул найти можно будет без проблем и в составе местных минералов (хорошо бы там оказались известняк и гидросиликаты).
На самом деле, скорее всего, именно от достижений в области использования нуклеиновых кислот в первую очередь зависит вероятность колонизации Солнечной системы на практике.
Человечество совершенно не обязано в своих целенаправленных экспериментах в точности копировать работу природы. В конце концов, нуклеиновые кислоты реплицируются на самом деле ведь не совсем точно. Иногда в процессе репликации происходят небольшие ошибки. Нельзя сказать, что это само по себе плохо, поскольку иногда случается так, что благодаря этим ошибкам получается совершенно новая нуклеиновая кислота, которая начинает приносить дополнительную пользу клетке, в которой появилась на свет. Именно благодаря таким случайным изменениям в строении нуклеиновых кислот за два миллиарда лет эволюционного развития из амебы получился человек.
Люди научились способствовать этим изменениям в нуклеиновых кислотах в процессе репликации. Вероятность ошибок при репликации оказалось возможным увеличивать путем обработки нуклеиновых кислот нагреванием, радиацией, определенными химическими веществами. Нуклеиновые кислоты нового образца строят белки (многие из которых являются ферментами) также с ошибками, получая новые, которым не было раньше аналогов. Скорее всего, большинство этих новых белков окажутся бесполезными, но некоторые вполне могут иметь новые, очень важные свойства, каких в природе еще никогда не наблюдалось. Химикам подобное уже знакомо. Сотню лет назад они научились получать химические соединения, не существующие в природе. Так появились на свет новые красители, новые лекарства и даже новые макромолекулы, например синтетические волокна и пластмассы. И во многих случаях новые вещества имели серьезные преимущества перед любыми природными аналогами.
