Александр Гангнус - Эволюция для всех, или Путь кентавра
Ученые снова взялись за опыты. И тут произошло самое удивительное. Газы в колбе заменили — и получили тот же результат, те же вещества, необходимые для химической эволюции. Вместо электрической искры попробовали другие источники энергии — ультрафиолетовые лучи, сильные удары (как будто падают метеориты), радиоактивность, просто нагревание. И каждый раз, то быстрее, то медленнее, в растворе появлялись все те же вещества. Получалось, что путей, ведущих к началу жизни, много. И что, как бы ни обернулись события на молодой Земле, химическая эволюция не могла не начаться. Как уже было сказано, может быть, она началась еще до рождения Земли — в космосе. Вещества из колбы Миллера находят в метеоритах и в межзвездных облаках… Как писал в начале XIX века дед великого Чарльза Дарвина поэт и ученый Эразм Дарвин:
Так без отца и матери, одниВозникли произвольно в эти дниЖивого праха первые комочки.
В ОГНЕННОЙ КОЛЫБЕЛИ
…Вулкан ревел, но вдруг этот рев стал глуше. Из черной тучи-джинна, быстро закрывающей небо, пошел густой пепел. Туча сверкала молниями, треск разрядов пытался перекричать рев вулкана. И тут в раскаленном тумане появились люди. Они не бежали от тучи, они шли в самую мглу — в комбинезонах, шлемах и масках. Вот один из них присел и стал быстро черпать из воронки еще горячий пепел, ссыпая его в стеклянный цилиндр…
Евгений Константинович Мархинин, вулканолог, мой старый знакомый, отложил в сторону фотографии.
— Ну и?. — нетерпеливо спросил я.
— Там были все эти соединения. — Он кивнул головой на рисунок, рассказывающий об опытах Миллера. — Мы подсчитали: во время того извержения вулкана Тятя этих веществ было выброшено около ста тысяч тонн. И аминокислоты там тоже были.
Поясню: аминокислоты (а их находили и в метеоритах, и в колбах с «древней атмосферой Земли») — это те вещества, из которых, как цепь из звеньев, состоит молекула основного вещества жизни-белка.
Я опять посмотрел на фотографии извержения вулкана Тятя в 1973 году. Обугленные деревья, пустыня из пепла.
Все-таки удивительно это. Для раскрытия тайны происхождения жизни ученый исследует метеориты или, рискуя собственной жизнью, идет туда, где гибнет все живое. Но ведь это еще не жизнь была. Преджизнь, химическая эволюция… А каждый химик, даже любитель, знает: для сложных химических реакций нужна энергия. Нужны вещества — катализаторы, ускорители реакций. Всего этого в избытке при вулканическом извержении. Основа жизни — углерод. А соединений углерода много в вулканических газах.
Работа Мархинина как бы продолжала опыты американского ученого профессора Сиднея Фокса. Смесь искусственно созданных в колбе аминокислот Фокс запек, как пирог, в печи на поверхности… вулканической лавы. И аминокислоты начали соединяться между собой, образуя цепочки длинных молекул-полимеров, очень похожих на белки. Не так ли все это происходило на молодой Земле, покрытой рычащими, пылающими вулканами и окутанной вулканическими газами вместо воздуха? В огненной колыбели подрастало то, что в дальнейшем должно было стать жизнью.
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.
КЛЕТКА: НАДО ДЕЛИТЬСЯ
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.
