Айзек Азимов - Вид с высоты
Какая же из трех частей клетки важнее? Это все равно, что спросить, какая из ножек трехногого стула более важна; ведь ни одна клетка не может жить без всех своих трех составных частей. Тем не менее оказывается, что значение каждой из них неодинаково. Если, например, амебу разделить тонкой иглой на две части, то часть с целым ядром может выжить, вырасти и нормально размножаться. Половинка же, лишенная ядра, непродолжительное время сохранит способность выполнять основные жизненные функции, но уже не сможет расти и размножаться.
Когда клетка делится, она обязательно претерпевает сложную цепь изменений, которые затрагивают очень мелкие структуры, находящиеся внутри ядра и называемые хромосомами. Это верно как для клетки-организма, так и для клетки, являющейся всего лишь частью сложного организма.
Одно из важнейших изменений, в котором принимают участие хромосомы, — «копирование», когда каждая хромосома вызывает образование новой, себе подобной хромосомы, создает копию самой себя. Ни одна клетка не делится, прежде чем не произойдет такое копирование. К концу XIX столетия биологи начали догадываться, что главное в организме — это клетка, а в клетке — хромосома.
* * *
Но давайте вернемся к структурному определению. Ведь, в конце концов, наше определение живого многоклеточного организма является как функциональным, так и структурным. Что же касается определения живого одноклеточного организма, то оно чисто функциональное, так как в нем не сказано, из чего состоит одна клетка.
Чтобы внести ясность, следует спуститься до молекулярного уровня. Клетка содержит многочисленные типы молекул; некоторые из них встречаются и в неживой природе (например, вода). Следовательно, их нельзя считать характерными только для живых организмов.
Но есть молекулы, которые имеются только в живых клетках и в веществе, которое когда-то было частью живой клетки или по крайней мере образовано живой клеткой. Самыми характерными из этих молекул являются различные белковые молекулы. Не существует ни одной формы жизни, ни одной клетки, какой бы простой или сложной она ни была, которая не содержала бы белка.
Белки выполняют разнообразные функции. Некоторые белки просто-напросто служат основной составной частью тела, кожи, волос, хрящей, сухожилий, связок и так далее. Другие белки очень тесно связаны с самой химической деятельностью клеток; они катализируют тысячи реакций в клетках. Интуитивно мы чувствуем, что эти белки (так называемые ферменты) близки к химической сущности жизни.
Вот когда я снова могу вернуться к своей книге «Жизнь и энергия», из которой в начале главы цитировал малоудачное определение живого организма; теперь, со всеми поправками, это определение будет звучать так: «Живой организм характеризуется способностью временно и локально понижать энтропию с помощью реакций, катализируемых ферментами». Вот это определение является как функциональным («понижать энтропию»), так и структурным («при помощи ферментов»).
В таком определении ничего не говорится о клетках. Правда, оно применимо как к многоклеточному, так и к одноклеточному организму, ибо точно разграничивает те системы, которые мы интуитивно признаем живыми, оставляя в стороне те, которые мы таковыми не признаем.
Судя по новому определению, можно подумать, что единицей жизни является не клетка, а ферменты, находящиеся в клетках. Но коль скоро ферменты могут быть созданы только внутри клетки и только клеткой, то это различие носит чисто академический характер. Если, конечно, нам не удастся связать образование ферментов с чем-то отличным от клетки как таковой.
В течение последних десятилетий было убедительно доказано, что тысячи различных ферментов (по одному на каждую из тысяч различных химических реакций, постоянно протекающих в клетке) создаются в клетке под контролем хромосом.
Перейдя к хромосомам и оставаясь на молекулярном уровне, я должен объяснить, что хромосомы состоят из ряда гигантских молекул, называемых нуклеопротеидами; каждая из них состоит частично из белка и частично из нуклеиновой кислоты. По своей структуре нуклеиновая кислота совершенно отлична от белка.
Нуклеиновая кислота получила свое название потому, что впервые была обнаружена в ядре (ядро по-латыни nucleus). Вскоре она была обнаружена и в цитоплазме, но ее первоначальное название сохранилось. Есть два вида нуклеиновой кислоты — дезоксирибонуклеиновая кислота и рибонуклеиновая кислота. Сокращенно они именуются ДНК и РНК. ДНК присутствует только в ядре, и хромосомы по большей части состоят из нее. РНК находится главным образом в цитоплазме, хотя небольшое количество ее есть и в ядре.
Исследования, проведенные в 50-х годах, показали, что не просто хромосомы, а именно ДНК (с помощью РНК) контролирует синтез специфических ферментов. Можно сказать, что через ферменты нуклеиновые кислоты руководят химической деятельностью клетки и, следовательно, контролируют все функции, которые ассоциируются у нас с функциями живого организма.
Но могут ли нуклеиновые кислоты считаться «живыми» на том основании, что они контролируют функции живых организмов? Когда речь шла о клетке, мы назвали ее живой только после того, как выяснилось, что одна-единственная клетка способна выполнять функции целого организма. Точно так же мы не можем считать нуклеиновые кислоты живыми, до тех пор пока не выясним, способна ли молекула нуклеиновой кислоты выполнять функции целого организма.
Давайте снова вернемся в прошлое столетие.
* * *
Еще в 1880 году французский биохимик Луи Пастер, изучая бешенство, пытался выделить возбудителя этой болезни. Дело в том, что примерно за двадцать лет до этого он выдвинул микробную теорию заразных болезней; согласно этой теории, все инфекционные заболевания вызываются микроорганизмами. Бешенство было явно инфекционной болезнью, но ее возбудителя никак не могли найти.
У Пастера было два выхода. Он мог либо отказаться от своей теории, либо сделать поправку ad hoc, то есть только для данного случая. Обычно такие поправки ad hoc производят жалкое впечатление, но гений всегда с честью выходит из положения. Пастер предположил, что микроб бешенства существует, но он слишком мал, чтобы его можно было увидеть в микроскоп.
И Пастер оказался прав.
В то время начали — на этот раз ботаники — изучать еще одну болезнь, табачную мозаику, названную так потому, что при этой болезни листья табака как бы испещряются мозаикой. Сок из больного листа заражал здоровый лист, и, по теории Пастера, здесь тоже должен был существовать заразный микроб. Однако и его не могли найти.
В 1892 году русский бактериолог Дмитрий Иосифович Ивановский пропустил некоторое количество сока зараженного листа через фарфоровый фильтр, отверстия которого были настолько малы, что через них не проходила ни одна, даже самая маленькая бактерия. Пропущенный через фильтр сок все же остался заразным. Поэтому возбудитель болезни был назван «фильтрующимся вирусом». (Вирус в переводе с латинского означает яд, а «фильтрующийся вирус» значит просто-напросто «яд, проходящий через фильтр».)
Было показано, что и другие болезни, включая бешенство, вызываются фильтрующимися вирусами. Однако природа этих вирусов стала известна лишь в 1931 году, когда английский бактериолог Уильям Дж. Элфорд создал фильтр с настолько малыми отверстиями, что они задерживали вирусы. Таким образом, оказалось, что вирус, который гораздо меньше даже самых маленьких клеток, намного крупнее большинства молекул.
Но можно ли назвать вирусную частицу (какова бы ни была ее природа) живым организмом? Она заражает клетки и поэтому должна как-то ощущать их присутствие и соответственно реагировать на них. Она должна питаться их содержимым, впитывать, усваивать, использовать энергию, расти и размножаться. И при всем том вирусная частица, безусловно, не состоит из клеток в том виде, в каком они были известны. Вот так в 1930 году проблема сущности жизни повисла в воздухе, хотя в 1830 году клеточная теория, казалось бы, внесла в нее полнейшую ясность.
В 1935 году американскому биохимику Уэнделлу Мередиту Стэнли удалось получить вирус табачной мозаики в кристаллическом состоянии, и это казалось сильным аргументом против того, что вирус — живое существо. Даже кристаллический вирус оставался заразным; но как же живое может пережить переход в кристаллическое состояние? Кристаллы в нашем сознании всегда ассоциируются только с неживой природой.
В действительности же этот аргумент не выдерживает критики. Ничто живое не кристаллизуется; но ведь, в сущности, до открытия вирусов нам были известны только сложные организмы. А вирусы оказались проще любой клеточной формы жизни, и не было никакой причины предполагать, что правило, согласно которому живое не может переходить в кристаллическое состояние, применимо также и к ним. С помощью кристаллизации вирус табачной мозаики был очищен и сконцентрирован. Теперь его можно было подвергнуть химическому анализу, и два английских биохимика, Фредерик С. Боден и Норман У. Пири, открыли, что вирус — это нуклеопротеид, на 94 процента состоящий из белка и на 6 процентов — из РНК.
