Краткая история биологии. От алхимии до генетики
Шрифт:
Главная и еще неразрешенная проблема состояла в том, чтобы изучить, каким образом определенная молекула трансфер-РНК прикрепляется к определенной аминокислоте. Простейшим решением было, видимо, представить себе аминокислоту, прикрепляющуюся к пурину или пиримидину нуклеиновой кислоты; причем разные аминокислоты крепились то к пурину, то к пиримидину. В молекуле нуклеиновой кислоты около двадцати разных аминокислот и только четыре пурина и пиримидина. Поэтому становится понятным, что комбинация из но крайней мере трех нуклеотидов должна крепиться к каждой аминокислоте. Существует 64 различных возможных
Эта проблема в 1960-х годов называлась проблемой генетического кода.
Шаги, сделанные в молекулярной биологии в середине XX в., выдвинули механистические позиции в науке. Вся генетика интерпретировалась с точки зрения химии, в соответствии с законами, сближавшими живую и неживую природу. Могло даже показаться, будто и сам процесс обучения и запоминания — не что иное, как синтез и поддержание уровня специфических молекул РНК. (И в самом деле, было показано на опыте, как плоские черви, которым скармливали других плоских червей, уже обученных определенным действиям, начинали выполнять те же задачи: вероятно, неразрушенные молекулы РНК переходили в их тело и давали начало навыкам.)
Однако оставался неразрушенным один виталистский бастион XIX в.: невозможность происхождения спонтанных генераций. Если жизнь никогда не сможет произойти от неживой материи, то, как же начиналась жизнь на Земле? Наиболее логичным в таком случае было бы предположить, что жизнь была занесена неким суперестественным агентом, но если отрицать эту идею — что тогда?
В 1908 г. шведский химик Сванте Август Аррениус рассуждал о происхождении жизни. Он предположил, что начало ей, могло быть положено, когда споры из открытого космоса достигли нашей планеты. Частицы живого дрифтовали с бесконечности пространства, слегка притягиваемые звездами, и сеялись то здесь, то там. Но это рассуждение только давало предположение, а не решало вопроса.
Было необходимым вновь взяться за разрешение задачи происхождения живого от неживого. Да, Пастеру удалось сохранять содержимое колбы стерильным в течение ограниченного времени, но если бы содержимое хранилось в течение миллиона лет? Или, допустим, не просто колба с содержимым оставалась бы в течение миллиона лет, а целый океан подобного раствора? И предположим, условия тогда на нашей планете сильно отличались от тех, что есть сегодня?
Нет причины думать, что основные химические составляющие жизни существенно изменились с тех пор. Таким образом, небольшие количества аминокислот присутствуют в некоторых ископаемых, насчитывающих десятки миллионов лет, и они должны быть идентичны тем, что находятся в живой материи организмов сегодня. Однако химия современного мира должна была быть изменена.
Растущие знания о химии позволили американскому химику Харолду Клейтону Ури предположить, что атмосфера на Земле тогда была восстановительной, богатой водородом, метаном и аммиаком; без наличия свободного кислорода.
В таких условиях в верхних слоях атмосферы не должно было быть озонового слоя (озон — форма кислорода). Этот озоновый слой в настоящее время поглощает большую часть ультрафиолетовой радиации. В восстановительной атмосфере эта энергетическая радиация проникала до уровня моря и привносила в океаническую среду условия для таких химических реакций, которые в настоящее время не происходят. Сложные молекулы формируются медленно, и при условии, что в океане еще не существовало жизни, они начали аккумулироваться. В окончательной стадии образовались большие молекулы нуклеиновых кислот, которые были столь сложны, но устройству, что могли уже служить для репликации (самовоспроизводства). Это и явилось началом живого на Земле.
Через мутации и естественную селекцию накапливалось все больше и больше эффективных для воспроизводства форм нуклеиновых кислот. Они постепенно развивались в клетки, некоторые из которых стали вырабатывать хлорофилл. Фотосинтез (при помощи других процессов, не включающих в себя формы жизни) со временем изменил первичную атмосферу до вида и состава, знакомого нам в настоящее время. Она обогатилась кислородом. При сочетании свободного кислорода в атмосфере и условий жизни на Земле, уже подходящих для жизни, стало невозможным возникновение спонтанных генераций того типа, что описан выше.
До большой степени вероятности это только предположение (хотя и очень тщательно обоснованное предположение), однако в 1953 г. один из последователей Ури, Стенли Ллойд Миллер, провел ставшее впоследствии знаменитым исследование. Он начал с эксперимента со тщательно очищенной и стерилизованной водой и добавил к компонентам «атмосферу», состоящую из водорода, аммиака, метана. Он прогнал эту смесь через тщательно заизолированный от внешней среды аппарат с добавлением искусственно сконструированного «ультрафиолетового облучения». Затем смесь была выдержана в течение недели в изоляции и разделена на компоненты хроматографическим методом. Среди компонентов были обнаружены простые органические вещества, и даже простейшие из аминокислот.
В 1962 г. подобный эксперимент был повторен в Калифорнийском университете, где в атмосферу добавляли этан (двууглеродный газ, подобный метану с одним атомом углерода). Тогда было получено еще большее разнообразие органических компонентов. В 1963 г. был синтезирован один из ключевых высокоэнергетических фосфатов — аденозинтрифосфат.
Но если такое возможно в небольшом аппарате в течение всего недели, то, что могло произойти на Земле в течение миллиарда лет?
Конечно, трудно экстраполировать условия на планете на миллионы лет назад, но можно предположить, что на Луне сейчас такие условия, которые приближаются к земным до возникновения на Земле жизни.
Даже на нашей собственной планете мы можем продолжить изучение первобытных условий, поскольку еще в 1960 г. человечество достигло наибольших подводных глубин, где условия враждебны жизни в целом. Не отметена также возможность установления коммуникации с другой ветвью интеллекта — дельфинами.
Но к чему гадать? Сколь бы велики ни были достижения человеческой мысли, впереди еще более захватывающие, еще более потрясающие открытия. Вероятно, это наиболее удовлетворительная часть научной работы. И кто знает, что еще будет открыто живущими даже ныне поколениями?