Айзек Азимов - Взрывающиеся солнца. Тайны сверхновых
Один из таких факторов — это повышение температуры. Чем выше температура, тем быстрее снуют атомы и молекулы и тем меньше шансов, что из роя мечущихся частиц к нуклеотидной цепочке прибьется одна, единственно нужная. Количество мутаций, следовательно, возрастет с повышением температуры.
Но жизнь развилась в океане и оставалась в океане до момента, отделенного от нас четырьмя миллиардами лет. Другими словами, девять десятых своего существования на Земле жизнь находилась только в океане. Океаническая среда гораздо более стабильна, чем суша. Температура океана не испытывает больших сезонных колебаний или колебаний от года к году, которые бывают на суше. Поэтому на протяжении почти всей истории жизни влияние температуры на мутации было невелико и не может рассматриваться как что-то, обеспечившее возможность эволюции с наблюдаемой скоростью.
В роли мутагенов могут выступать и химические вещества. Они стремятся соединиться с ДНК и своим присутствием в момент репликации вызывают аномалии. Бывает, что они реагируют с ДНК так, что хотя и не соединяются с ней, но изменяют порядок атомов, составляющих эту молекулу. Молекула ДНК с неправильным расположением атомов явится неправильной основой при репликации, и в результате возникнет мутация.
Однако организмы, легко поддающиеся воздействию таких химических веществ, настолько бывают подавлены мутациями (в большинстве своем работающими в худшую сторону), что быстро вымирают. Силой естественного отбора остаются те из них, которые способны противостоять химическим мутагенам, поэтому роль последних как ускорителей эволюции нам не следует слишком преувеличивать.
В настоящее время мутагены стали, конечно, серьезной проблемой. Химики произвели на свет тысячи новых соединений, которых нет в природе и которые в больших дозах попали теперь в среду обитания. Некоторые из них — мутагены, но организмы не имели случая сталкиваться с ними прежде, поэтому они не развили в себе с помощью естественного отбора должной сопротивляемости. В результате многие организмы (в том числе человек) испытывают на себе их пагубное влияние.
При некоторых мутациях, например, нормальные клетки организма превращаются в клетки рака благодаря продуцированию так называемого онкогена (от греч. onkos — рост, именно рост, вызываемый раком). Мутагены, провоцирующие такое изменение, называются канцерогенами (от греческого слова «краб»), ввиду того что рак часто распространяется во все стороны, как клешни краба.
И все же на протяжении миллиардов лет жизни, протекших до нашего столетия — столетия химической революции, мутагены не представляли собой большой проблемы, и им нельзя было приписать ускорение эволюционных изменений.
Мутагенный фактор, гораздо более сильный, чем тепло и химические вещества, впервые был открыт американским биологом Германом Меллером (1890–1967). Он работал с дрозофилами (плодовыми мушками) для изучения наследования случайных мутаций. Ожидание случайных мутаций было слишком утомительно и, конечно же, требовало массы времени, поэтому Меллер искал способы, ускоряющие их.
Он повысил температуру, при которой обитали колонии его дрозофил, и скорость мутаций повысилась, но не так сильно, как ему хотелось бы.
Тогда он решил попытать счастья с рентгеновскими лучами. Они обладают более высокой энергией, чем простое тепло, к тому же пройдут муху насквозь. Если, проходя через тело дрозофилы, рассуждал Меллер, этот луч столкнется с хромосомой, в нем будет достаточно энергии, чтобы здесь и там выбить у нее отдельные атомы. Это неминуемо вызовет химическое изменение, другими словами — мутацию. Меллер не знал, какова химическая природа генов (об этом узнали 30 лет спустя), но, какой бы ни была эта природа, он был уверен, что рентген вызовет изменения.
Он оказался прав. Уже к 1926 г. он мог недвусмысленно доказать, что воздействие рентгеновских лучей повышает темп мутаций. Другие начали исследовать этот новый эффект, и обнаружилось, что темп мутаций повышается при любом излучении высокой энергии. Его повышают ультрафиолетовые лучи, излучение радиоактивных веществ.
И все же как высокоэнергетическая радиация может сказаться на темпе мутаций, заставляющем эволюцию двигаться с той скоростью, с которой она двигается?
Рентгеновские лучи явились продуктом человеческой технологии последнего столетия, до этого об их существовании почти не знали ничего. Правда, солнечная корона излучает рентгеновские лучи, как излучают их другие небесные объекты, но они поглощаются нашей атмосферой и до поверхности Земли почти не доходят.
Разумеется, на Земле имеются радиоактивные вещества, и в эпоху детства земной жизни их было, очевидно, в два раза больше, но они существовали главным образом на суше, а на жизнь в море почти не влияли. Но даже на суше они распределены неодинаково, и на Земле совсем немного таких мест, где естественные источники радиоактивности могли бы служить серьезной причиной мутаций.
Ультрафиолетовый свет Солнца менее опасен, чем рентгеновский луч или радиоактивное излучение, так как он менее интенсивен. С другой стороны, ультрафиолетовый свет всегда присутствовал в солнечном излучении, особенно в те ранние времена, когда озоновый слой в верхней атмосфере еще не сложился.
В те далекие времена солнечный свет с его ультрафиолетовой составляющей был неизбежен. Ультрафиолетовые лучи при тех количествах и длинах волн, которые существовали до образования озонового слоя, обладали такой энергией, что могли не только вызвать мутации, но и произвести химические изменения, способные мгновенно убить живой организм. Может быть, именно по этой причине потребовалось столько времени, чтобы жизнь из океана смогла перебраться на сушу. До тех пор пока не образовалось достаточно прочного озонового слоя, способного задержать наиболее энергонесущие части солнечной радиации, выход на берег при блещущем в полную силу Солнце мог оказаться фатальным.
Однако ультрафиолетовое излучение сильнее поглощается водой, нежели воздухом, и жизнь в океане развила в себе характер поведения, позволявший погружаться на несколько футов в воду, когда свет Солнца падал отвесно на ее поверхность. Океаническая жизнь могла подниматься к поверхности, когда Солнце висело у горизонта (или скрывалось за ним) или когда день был пасмурный. Когда живые клетки эволюционировали и солнечный свет стал уже необходим для их жизнедеятельности, эти клетки по-прежнему могли держаться на глубине, позволявшей им получать радиацию, достаточную для фотосинтеза, чтобы продолжать существование, но не настолько сильную, чтобы быть смертельно опасной. Когда эти растительные клетки развились и достаточно распространились, через некоторое время появилась и кислородная атмосфера, а высоко вверху — озоновый слой. Опасность ультрафиолетового излучения исчезла.
Поскольку все мутагенные факторы, перечисленные в этой главе, оказываются каждый по-своему недейственными, чем же тогда объяснить поступательное движение эволюции? Чтобы найти ответ, давайте взглянем по-иному.
КОСМИЧЕСКИЕ ЛУЧИ
После того как в последнем десятилетии XIX в. было открыто радиоактивное излучение, ученые научились делать приборы для его обнаружения. К немалому удивлению они заметили, что, когда вокруг не было, казалось, никаких радиоактивных веществ, какая-то радиация все-таки отмечалась. Мало того, даже когда приборы были укрыты свинцовыми щитами, непрозрачными для радиоактивного излучения (и других известных тогда видов излучений), устройства, несмотря ни на что, отмечали радиацию.
По-видимому, существовал какой-то вид радиации не только неизвестного. доселе происхождения, но вдобавок еще и самый проникающий и отсюда имеющий самую высокую энергию, чем все известные ее виды. Эта радиация обладала даже более высокой энергией, чем гамма-лучи, излучаемые отдельными радиоактивными веществами, а ведь гамма-лучи куда сильнее рентгеновских!
Наверное, источником нового вида радиации были какие-то сверхрадиоактивные вещества, находящиеся в земле. Но это было только предположение. Австрийскому физику Виктору Гессу (1883–1964) пришла однажды идея, что все это легко проверить, достаточно поднять высоко в небо, допустим на воздушном шаре, приборы — регистраторы радиации. Чем выше над Землей они будут подниматься, тем слабее должна быть радиация, если, конечно, ее источник действительно находится в земле.
Начиная с 1911 г. Гесс со своими приборами сделал десять подъемов на воздушном шаре: пять в дневное время и пять ночью. (Один из подъемов пришелся даже на полное солнечное затмение.) И что ж? К удивлению физика, чем выше он поднимался, тем сильнее становилась проникающая радиация. Источник, судя по всему, был в небе, а не в земле. Больше того, Солнце к этому никакого отношения не имело, ибо интенсивность излучения и днем и ночью оставалась на одном уровне.
