Эволюция для всех, или Путь кентавра - Александр Гангнус

А что дальше? Допустим, в какой-то момент на Земле среди вулканов появились первые океаны, вода. В одном из опытов профессор Фокс бросил янтарный комочек полученного им похожего на белок полимера в горячую воду, размешал палочкой, остудил, посмотрел в микроскоп. Он увидел, что искусственный «белок» собрался в капельки, внешне похожие на какие-то простые существа типа одноклеточных водорослей или бактерий. Они, конечно, не были живыми, эти капельки, но они вели себя иногда почти как живые. Если в воду капали кислотой или, наоборот, разбавляли ее, капельки реагировали — то росли, то съеживались. Как живые клетки, капельки окружали себя тонкой пленкой — двойной мембраной, через которую химические вещества идут уже не как попало, а с толком. Капелька удаляет одни вещества и собирает из раствора другие, нужные ей для роста, как бы «питаясь». Капельки могут соединяться или делиться — очень похоже на то, как это делают живые клетки. Это было еще не живое существо, а «предживое вещество», модель организма, но она хорошо работала, эта модель, и о многом рассказала. А получена была в химической лаборатории очень несложным способом!

Между прочим, когда профессор Фокс получил свой полимер, похожий на белок, он обнаружил, что бактерии — а их множество в каждом наперстке нынешнего воздуха Земли — не стали «раздумывать», белок это или не белок, а принялись деловито пожирать его, как настоящий. Так же отнеслись к этому веществу и лабораторные крысы. Это значит, что вещества преджизни, появляясь на свет сейчас, в наше время, долго не залежатся. Их моментально съедят.

На молодой же Земле эти вещества никто не ел — некому было, — они накапливались, и это накопление было совершенно необходимо для массы сложных химических реакций, ведущих к первой жизни. Но когда появилась жизнь, появились и прожорливые едоки — скопления веществ преджизни исчезли. Это значит, что жизнь, возникнув однажды, уже больше ни разу возникнуть не может: начинает действовать закон «живое из живого».

Впрочем, если правы те палеонтологи, которые настаивают, что нашли в метеоритах (возраст которых около 4,4 миллиарда лет) и в самых древних породах Земли одни и те же сине-зеленые водоросли, цианобактерии, то вопрос сразу оборачивается другой стороной. В горячих бассейнах на склонах вулканов цианобактерии — первые и часто единственные обитатели, там же они и окаменевают быстро, в течение часов, чтобы без изменений храниться миллиарды лет. Тогда исследования Фокса и Мархинина рассказывают не о том, как зарождалась жизнь на Земле, а о том, как она зарождалась, делала первые шаги в космосе, на вулканах какой-то иной планеты, может быть, в иной, не Солнечной системе. Осколки той планеты и стали метеоритами. А те уже и разнесли зародыши жизни по Вселенной.

Вот дом, который построила ДНК… Да-да, представь себе дом. Ну… кирпичный дом. Это может быть сложный дом — с колоннами, выступами, карнизами, с красивыми стрельчатыми окнами. И вся эта сложность, все это многообразие составлено из простых глиняных кирпичей, только уложенных в разном порядке.

Иногда с кирпичом сравнивают живую клетку. Из клеток состоим мы с тобой, тела всех животных и растений. И под микроскопом при небольшом увеличении живая ткань немного напоминает кирпичную кладку — ряды клеток образуют и кожу, и стенки внутренних органов, и мышцы, и нервную ткань, и мозг.

Теперь представим себе, что в гости к строителям как-то раз является волшебник. И говорит: зачем вы ставите подъемные краны, строительные леса, кладете кирпич к кирпичу? Вот как надо! И волшебник берет кирпич, сажает его в землю, как семечко, поливает из волшебной своей лейки, и вот из кирпича-семечка растет дом. Этаж за этажом, сами собой из стенок вырастают лестничные клетки, лифтовые шахты, застекляются окна, появляется крыша, а на ней — телевизионная коллективная антенна.

Вот из таких чудо-кирпичей состоит и живое существо. Хороший ботаник-экспериментатор из любой клетки растения, а не только из семечка или почки сможет вырастить целое растение.

Выходит, в клетке есть что-то, какая-то запись, наследственный зачаток организма в целом. К тому же многие животные и растения Земли от рождения до смерти состоят из одной клетки. Похоже на то, что и наши с тобой далекие предки состояли всего из одной клетки, были одноклеточными организмами. Вот почему ученые, изучающие происхождение жизни, считают своей задачей проследить все этапы первичной химической эволюции до образования клетки. Когда появились клетки — это была уже не преджизнь, а жизнь, и она стала развиваться уже по иным законам.

Было время, когда ученые считали клетку чем-то очень простым — комочком слизи, и все. Сейчас известно, что клетка — это целый завод, вырабатывающий по определенной программе нужные вещества, нужные не только самой этой клетке, но и другим клеткам: между клетками-заводами есть разделение труда.

Обязанностей у клеток множество, но мы будем говорить только о двух: о производстве белков и об обязанности самовоспроизводства — клетки делятся. Это деление у одноклеточных существ оказывается и размножением. У многоклеточных животных и растений деление клеток обеспечивает рост отдельных тканей и органов всего организма в целом.

И вот в этих-то двух самых важных производственных клеточных процессах важнейшую роль, оказывается, играют белки и нуклеиновые кислоты.

Разных белков в организме множество, тысячи, это длиннющие нитевидные молекулы, и все они составлены из двадцати одних и тех же бусинок-аминокислот.

Отличаются молекулы разных белков друг от друга только одним — порядком следования бусинок-аминокислот в нитях белковых молекул. Этот порядок следования у настоящего белка определен очень строго, никаких перестановок не допускается, а если перестановка происходит, то получается уже другой белок, в данное время и в данном месте обычно ненужный или даже вредный. Жизнь клетки и организма в целом — это миллионы различных химических реакций, и одна из главных обязанностей белков — ускорение этих химических реакций. Каждый белок (белки-ускорители называют ферментами) в сотни тысяч раз ускоряет какую-то одну нужную в определенный момент и определенном месте реакцию, тут не должно быть никакой путаницы, и поэтому каждая белковая молекула должна быть построена так, как нужно, а не иначе, ведь именно от строения белка зависит, как отнесутся к нему молекулы веществ, вступающих в реакцию.

Вот почему белок — это не просто смесь аминокислот, а своего рода текст, в котором чаще всего нельзя изменить ни буквы.

Есть такая наследственная болезнь — серповидно-клеточная анемия. Это тяжелая болезнь, и она, наверное, давно бы исчезла с лица Земли вместе с теми, кто поражен ею (ведь люди с такой наследственностью раньше умирают и оставляют меньше потомков, чем здоровые), если бы не одно обстоятельство. Больные этой анемией никогда не болеют малярией. Возбудитель малярии питается красными кровяными шариками человека, а у больных анемией не шарики, а серпы, и возбудители их не усваивают! И вот в тропической Африке, где издавна свирепствовала малярия, болеть анемией оказалось в какой-то мере выгодно… Ученые только недавно обнаружили первопричину этой наследственной болезни. Оказалось, что в огромной молекуле белка, входящего в состав кровяных шариков, одна — всего одна! — из 600 бусинок-аминокислот заменена неправильной. Из-за этого вся клетка эритроцита уже «не держит» круглой формы, сворачивается в серп. И вот тяжелейшая болезнь. Трудно составить текст из 600 букв, в котором всего одна замененная буква так искажала бы весь смысл. В то же время этот пример показывает, что ошибки в строении больших биомолекул иногда оказываются хотя бы в каком-то отношении полезными. И это очень важно, без таких полезных ошибок не было бы эволюции!