Краткая история сотворения мира - Джеймс Кливз

Перед полетом «Аполлона-11» большинство ученых из НАСА предсказывали, что на Луне будет обнаружено множество органических соединений. Больше всех в этом был уверен Сирил Поннамперума. Однако на Луне, лишенной защитной атмосферы, астронавты обнаружили совершенно бесплодный пейзаж. В доставленных «Аполлоном-11» образцах содержались следовые количества аминокислот, но их было слишком мало. Как Фокс писал позднее, казалось, что поверхность Луны обуглилась.

Однако Фокс не был разочарован. По официальной версии, его роль в космической программе сводилась к поиску следов органических соединений, которые могли свидетельствовать о наличии в Солнечной системе предшественников живых организмов. Однако для Фокса важнее было то, что существование жизни в космосе могло бы разъяснить механизм появления жизни на Земле. Он хотел объяснить происхождение жизни на нашей планете, или, как он выразился, «проверить гипотезы относительно происхождения жизни». К моменту реализации проекта «Аполлон-11» Фокс пришел к выводу, что проведенные в его лаборатории эксперименты позволили определить ключевые стадии процесса превращения аминокислот в полноценные белки и что он разгадал загадку «полуживых» организмов Холдейна.

С самого начала экспериментальная работа Фокса с белками неизменно подвергалась критике. К моменту полета «Аполлона-11» критика значительно усилилась. За полтора десятка лет после эксперимента Миллера – Юри объем информации о молекулярной организации живой клетки рос экспоненциальным образом, которая и легла в основу идей Фокса о первых формах жизни.

Как почти все ученые, работавшие в то время в этой области, Фокс полагал, что полноценные живые клетки не могли возникнуть на первозданной Земле сразу полностью сформированными. Сначала должны были появиться простые компоненты живых клеток, а уже потом начался длительный эволюционный процесс, приведший к возникновению современных клеток. Но какими были эти ключевые компоненты? Вообще говоря, в поисках микроскопической жизни в других мирах Фокс и другие ученые, работавшие в рамках программы НАСА по астробиологии, пытались ответить все на тот же извечный вопрос: что делает живые клетки по-настоящему живыми?

В 1944 г. австрийский физик-теоретик Эрвин Шрёдингер написал книгу «Что такое жизнь?». Это был старый вопрос. Даже древние люди подмечали разницу между растениями и животными, с одной стороны, и неодушевленным миром – с другой. Виталисты прошлых веков пытались определить суть этого различия. Однако мало кто рассматривал проблему с математической точки зрения, вот почему книга Шрёдингера вызвала невероятное возбуждение в научном мире.

Шрёдингер был физиком, причем весьма знаменитым. За вклад в развитие квантовой механики он был удостоен Нобелевской премии, и к вопросу о сущности жизни он, естественно, тоже подходил как физик. По его мнению, ключевая характеристика любой формы жизни заключается в способности противостоять неизбежной судьбе материи в физическом мире – распаду под действием фактора энтропии. Живые организмы противостоят распаду за счет «поглощения порядка» из окружающей среды: они используют химические элементы и энергию окружающей среды и трансформируют их в процессе метаболизма. Кроме того, Шрёдингер подметил еще один признак, отличающий живые организмы от неживой материи. Речь идет о мутации – воспроизведении самого себя с изменениями; именно эта идея лежит в основе современной версии теории эволюции.

Шрёдингер показал, что ключевую роль в механизме наследования должна играть специфическая молекула, которую он назвал непериодическим кристаллом, поскольку, по его предположению, молекула с такой функцией должна быть упорядоченной и стабильной и за счет этого иметь возможность передаваться из поколения в поколение, что невозможно, скажем, для коллоидных суспензий (коацерватов). Кристалл должен быть непериодическим, чтобы содержать бесконечное число вариаций и тем самым обеспечивать возможность мутаций и эволюции. Другими словами, это должна быть единая молекула, атомы которой могут хранить информацию.

Поскольку первые формы жизни, судя по всему, были намного проще полноценных клеток, вероятно, вначале сформировались какие-то части клеток. Первые «полуживые» существа (которые позднее назвали протоклетками) должны были обладать двумя способностями: использовать для метаболизма компоненты внешней среды и воспроизводиться с модификациями. На решающее значение тех же функций – метаболизма и репликации – указывали Опарин и Холдейн. Проблема в том, что эти две функции осуществляются разными, хотя и взаимосвязанными, подсистемами внутри одной клетки.

Позднее данную проблему стали представлять в виде парадокса о происхождении курицы и яйца, но в середине XX в., когда эксперимент Миллера и Юри оживил исследования в области происхождения жизни, проблема еще не вырисовалась окончательно. Ученые хорошо представляли себе функционирование метаболических ферментов, но о хромосомах практически ничего не было известно. Благодаря работе Томаса Ханта Моргана о роли хромосом в механизме наследования стало ясно, что хромосомы являются ключевым элементом генетических процессов. Но никто пока не понимал, из чего же, на самом деле, состоят хромосомы. Логично было предположить, что за репликацию и метаболизм отвечает одна и та же часть клетки, что курица и яйцо – одно и то же. Однако в то время ученые еще плохо понимали, как устроена клетка.

Структура клетки является одним из самых веских доказательств глубокой эволюционной связи между всеми формами жизни на Земле. Как когда-то Жоффруа Сент-Илер заметил общее между такими, казалось бы, несхожими придатками тела, как крыло птицы и рука человека, так и микробиологи, по мере усовершенствования методов анализа, выявили удивительное сходство в структуре клеток самых разных организмов. Удивительное единообразие структуры, функции и даже генетического строения клеток доказывает их происхождение из единого источника.

На Земле существует лишь два типа клеток: прокариотические (от лат. pro – перед, вместо и греч. karyon – ядро, доядерные) и эукариотические (содержащие «истинное ядро») к летки. Самые простые организмы – это одноклеточные прокариоты (безъядерные клетки). Все многоклеточные организмы (растения, животные, грибы) относятся к эукариотам. Любой многоклеточный организм напоминает колонию клеток, каждая из которых запрограммирована на выполнение определенной задачи и зависит от функционирования других клеток. В человеческом организме клеток так много, что их точное число трудно установить. Некоторые считают, что их около 100 трлн, однако большинство специалистов склоняется к тому, что их число составляет одну треть этой величины.

Первым человеком, увидевшим живую клетку, был Антони ван Левенгук, хотя иногда первенство отдают его современнику Роберту Гуку. В книге «Микрография» Гук описал микроскопические структуры, которые он обнаружил в кусочке древесной коры. На самом деле, это были не клетки, а остатки клеточных стенок, состоявших из целлюлозы и лигнина. Гук назвал эти структуры клетками (cell, производное от лат. cella – маленькая комната). Таким образом, клетки получили свое название от той части клетки, которую проще всего было разглядеть с помощью первых микроскопов, а именно от защитной оболочки, названной позднее клеточной стенкой.