благодаря двум органическим соединениям – ДНК и белкам. ДНК выполняет задачу хранения наследственной информации. Белки выполняют все «энергетические работы». Разделение труда здесь достаточно строгое, ведь белки не хранят наследственную информацию, а ДНК не совершает активной работы. Иными словами, белки не могли появиться без наличия ДНК, а ДНК – без наличия белков. Но допустить, что они самопроизвольно и случайно образовались одновременно и в одном и том же месте, не могли даже самые пылкие оптимисты – биологи. Ученые снова зашли в тупик.
Первый намек на возможность выхода из него указали микробиологи. Они открыли новый тип ферментов, состоящих не из белков, как обычно, а из так называемой рибонуклеиновой кислоты (РНК), которую можно назвать третьей основой жизни, наряду с ДНК и белками. Образование ДНК идет при непосредственном участии РНК. По своему химическому строению молекула РНК очень похожа на молекулу ДНК: она также состоит из длинной цепи «кирпичиков – нуклеотидов» нескольких различных типов. Если рассматривать каждый нуклеотид как символ или даже своеобразную «букву», то можно понять, как с помощью таких букв, чередующихся вдоль цепи молекулы в определенном порядке, природа записывает и сохраняет любую наследственную информацию. Нуклеотиды РНК несколько отличаются от нуклеотидов ДНК по составу и по виду, кроме того, РНК представляет собой одиночную цепь, тогда как молекула ДНК состоит из двух взаимно дополнительных (по нуклеотидному составу) цепей, обмотанных друг вокруг друга в виде так называемой двойной спирали.
Открытие РНК навело некоторых ученых на мысль, что, может быть, она, будучи более простой молекулой, чем ДНК и белки, была и самой первой, самой древней «молекулой жизни», появившейся раньше и ДНК, и белков. Но для того чтобы играть роль такой молекулы, то есть стать той основой, на которой впоследствии могли бы возникнуть ДНК и белки, эта «первичная РНК» должна была обладать двумя главными свойствами ДНК и белков: «уметь» удваиваться, как ДНК, и разрезать другие молекулы РНК на куски, соединяя эти куски друг с другом.Так возникла новая гипотеза возникновения жизни на Земле, утверждавшая, что появлению мира первых живых клеток с их ДНК, РНК и белками предшествовал намного более примитивный мир, в котором существовали только молекулы первичной РНК. Эти зародыши жизни работали поначалу сразу «в трех лицах», неся первичную биологическую информацию, передавая ее потомкам и катализируя биохимические реакции. В ходе дальнейших исследований было накоплено множество любопытных результатов. Но совершенно неожиданно у мира РНК возникла новая проблема – проблема времени.
Раньше считалось, что первые «живые молекулы» появились спустя примерно миллиард лет после окончания интенсивной бомбардировки Земли метеоритами и кометами. Эти небесные осколки образовались из того же первичного газового сгустка, что Земля и другие планеты, в том же месте в огромном количестве, поэтому первые несколько сотен миллионов лет столкновения с ними были чрезвычайно частыми. Жизнь в таких условиях просто не могла возникнуть: Земля то и дело плавилась и кипела. А ведь для случайной сборки многих атомов в молекулу нужной структуры РНК требуется долгий период стабильных, неизменных условий.
Миллиарда лет, по оценкам специалистов, было бы достаточно. Но в последние годы стали множиться данные, говорящие о том, что, похоже, этого миллиарда у жизни в запасе просто не было: самые древние окаменелые структуры, подобные современным бактериям, имеют возраст 3,8 миллиарда лет, то есть они возникли всего через двести миллионов лет после окончания периода интенсивного падения метеоритов. А недавние исследования показали, что последние по времени массовые падения метеоритов произошли всего 3,8 миллиарда лет назад, то есть для появления жизни путем случайных переборов биохимических вариантов времени не осталось вообще!
Все эти трудности, вместе взятые, придают высказываниям биологов определенный пессимистический настрой. Ведущие ученые, эволюционисты и генетики, ныне выдвигают новую гипотезу – гипотезу о мире, предшествовавшем появлению первых РНК. Теперь речь уже идет о каких-то «квазиживых» молекулах, которые сделали возможным быстрое появление архаичных РНК. Некоторые исследователи ищут даже такие молекулы, которые состояли бы только из аминокислот, легко образующихся в «первичном бульоне».
Выдвигаются и более смелые идеи – о том, что жизнь вообще начиналась без всяких «молекул жизни», просто на основе тех циклов биохимических реакций, которые самопроизвольно возникают вблизи мест выхода горячей лавы на океанском дне. Среди группы биохимиков популярна «глиняная» гипотеза, согласно которой первые самовоспроизводящиеся системы вообще были неорганическими, например система ионов в слое глины, направляющая аналогичный способ укладки следующего слоя, и т. д. Уже показано, что добавка глины, содержащей положительные ионы, к смеси отрицательно заряженных нуклеотидов приводит к самопроизвольному образованию цепочек РНК длиной в десятки нуклеотидных звеньев.
У теории РНК-мира уже солидный экспериментальный «багаж». Химики научились синтезировать огромное количество разных РНК со случайной последовательностью нуклеотидов, а затем отбирать из них молекулы с нужными свойствами. Получены рибозимы, катализирующие синтез нуклеотидов, присоединение аминокислот к РНК и другие биохимические процессы. Стирая грань между живым и неживым, уже растут на искусственных средах в лабораториях удивительные колонии размножающихся молекул РНК, способные синтезировать белки.
Еще дальше пошли физикохимики, которые утверждают, что возникновение жизни вообще не требует появления каких-то сложных «носителей самовоспроизведения». Исходя из теории сложных систем, они приходят к выводу, что любая такая система, будь она сложена из камней, звезд или молекул, достигнув некоторого уровня сложности, неизбежно порождает определенную упорядоченность.
Пока нам известен только один вид земной белковой жизни, и мы не знаем, какие из ее свойств являются обязательными для любой жизни во Вселенной. Биологи обычно упоминают такие обязательные свойства, как наличие наследственной информации, рост и размножение, а также извлечение энергии из среды обитания. Первичная смесь нуклеотидов, жиров и аминокислот неизбежно должна была в какой-то определенный момент перейти из хаотического состояния в упорядоченное. Вот здесь и могла бы проявиться способность к самовоспроизведению, то есть возник бы своего рода молекулярный завод, воспроизводящий себя как целое и создающий внутри себя все более сложные молекулы. Воздействие внешней среды уже на первых стадиях существования такого древнейшего самовоспроизводящегося организма должно было вести к его совершенствованию, и именно на этом пути в нем возникли молекулы РНК, ДНК и белков.
Отсюда, в частности, следует вывод, что Вселенная должна буквально кишеть очагами случайно возникшей жизни, подобной земной. К сожалению, пока эти очаги живого в Метагалактике можно увидеть только на полотнах художников-фантастов.Глава 2 Живое из неживого
При всем разнообразии ныне существующих на Земле форм жизни у них есть общее: главные молекулярные механизмы у современных организмов, как было неоднократно показано, одни и те же. Установление этой общности биохимической организации – одно из крупнейших открытий за последние сто лет. Нет никакого сомнения, что оно проливает свет и на историю эволюции. Но, как мне кажется, при рассмотрении самых первых этапов эволюции концепция единства биохимической организации не приносит большой пользы.
А. Дж. Кернс-Смит. Первые организмы
Удивительно, но среди биологов, биофизиков и биохимиков, не говоря уже об экологах и уфологах, до сих пор не существует общепринятого определения жизни! Одни ученые полагают, что жизнь – это особый химический процесс, связанный с извлечением энергии из окружающей среды. Другие настойчиво подчеркивают обязательную индивидуальность живых объектов и считают, что понятие «жизнь» неотделимо от понятия «организм», третьи, как правило непрофессиональные энтузиасты, наделяют живую материю всяческими мистическими свойствами, наподобие фантастического биополя. Эта странная субстанция, по словам уфологов-экстрасенсов, окружает все организмы, проявляясь как некая аура, хотя конечно же она не имеет ничего общего с физической реальностью.
Первым ученым, заявившим о происхождении живого исключительно из живого, был итальянский естествоиспытатель Франческо Реди, живший в эпоху Возрождения. Позже принцип Реди доказал великий физиолог Луи Пастер. В серии изящных опытов с хитро изогнутыми колбами он показал, что «зарождение» микроорганизмов в стерильном бульоне происходит только в том случае, если их зародыши могут попасть в бульон из воздуха или иным путем. Если преградить путь «семенам жизни», даже оставив доступ воздуху, никакого самозарождения не произойдет. Так попутно был открыт метод пастеризации жидкостей и продуктов – нагрев до определенной температуры, убивающей микробы и бактерии.
И хотя с вульгарным витализмом было покончено, наука XIX века рассматривала только два варианта: либо жизнь существовала изначально, либо она сотворена высшим разумом. Первой точки зрения придерживался видный геохимик В. И. Вернадский. Его последователи вместе с водой выплеснули
