Текст книги "Технопарк юрского периода. Загадки эволюции"
Автор книги: Александр Гангус
сообщить о нарушении
Текущая страница: 29 (всего у книги 31 страниц)
В. Флоровская и ее сотрудники пришли к выводу: самые сложные соединения добиологической эволюции материи должны создаваться на твердой поверхности в тонкой пленке воды, насыщенной органическим веществом, при быстром падении температуры. и еще одно условие: внезапное о6лучение на конечной стадии синтеза ультрафиолетовыми лучами. В этот момент могут образоваться не только порфирины – родственники гемоглобина и хлорофилла,– но, возможно, и белок!
Высокогорный курорт Джермук. Вода всемирно известных источников перехватывалась прямо при выходе на поверхность и подвергалась тщательному анализу. Все меры против возможного загрязнения были приняты. И что же? В воде были найдены и порфирины, и, что особенно удивительно, белок! Хочется верить – юный, ювенильный, минеральный, доорганический белок! Что, впрочем, еще нуждается в дальнейших доказательствах.
Кстати, не в этих ли ювенильных органических веществах таинственная целебная сила Джермука и других минеральных вод? Известно, как важно проводить лечение водами прямо при их выходе на поверхность, как ослабевают целебные из свойства при упаковке в бутылки. Попытки химически воспроизвести минеральные воды, растворяя в правильной пропорции все нужные соли, заканчиваются неудачей: все полезные свойства вод воскресить не удается...
В. Флоровская проводит простой расчет. Она определяет, сколько углеводородов выносит даже не очень насыщенный ими источник подземных вод, скажем тот же Джермук. Получилось: за миллион лет Джермук вынес к поверхности 5,2 миллиона тонн углеводородов – масштабы небольшого нефтяного месторождения. Флоровская делает вывод: не только жизнь, но и нефть – продукты гидротермальных процессов. Горячая подземная вода – вот, возможно, фабрика синтеза и одновременно транспортер природных углеродистых веществ из недр земных, от карбосферы, к поверхности Земли.
Читателя, возможно, несколько озадачит количество вероятных способов зарождения жизни. Не свидетельствует ли оно о слабости науки? Вероятно, нет. Изобилие путей, ведущих к жизни, лишний раз подтверждает ее неизбежность. Все они и еще какие-то пока неизвестные могли реализоваться, дать разные зародыши преджизни, которые затем, объединяясь, взаимодействуя, вступая в первичную борьбу за существование и отбор, дали начало собственно жизни. Поэтому такое разнообразие не пугает специалистов.
Доктор С. Фокс по этому вопросу сказал следующее: «...при варке первичного бульона не было недостатка ни в исходных компонентах, ни в кухонной утвари».
Преджизнь и живое
Итак, нефть не обязательно произошла из останков древней жизни. Но почему же тогда нефти много не во всех пластах, почему ее больше в отложениях эпох, когда жизнь расцветала, и мало, почти нет в осадках, бедных жизнью, например в осадках, оставленных уже знакомым читателю таинственным пермотриасом?
4 июля 2005 года открытая в XIX веке комета Темпель-1 была «обстреляна» зондом с пролетавшего мимо космического робота Дип Импакт. Среди летучих веществ, поднявшихся при взрыве, нашли гораздо больше органических веществу чем ожидали. Видимо, кирпичики жизни могли зародиться и в космосе, на кометах, которые сыграли, по самым принятым на сегодня теориям, важное участие в становлении планетных атмосфер, земной гидросферы и, вероятно, жизни
Но, задав такой вопрос, мы в сущности на него уже ответили. Причем нетривиальным образом. Самое неясное с эволюции живого – это как раз смена вспышек жизни ее угасаниями. Реконструкция палеоклиматов, как мы видели, не всегда выручает. Может быть, вспышки жизни – это ее реакция на массовое вторжение готовых питательных органических веществ из недр Земли? Вторжение, происходившее при усиленной тектонической активности, вспарывании застарелых и новых разломов в земной коре?
В календарях минувших эпох были века изобилия, сгущений жизни, когда из открывшихся трещин в океан начали поступать вещества карбосферы в первичном, чистом виде.
Когда-то они породили жизнь, теперь они питают микроорганизмы, планктон, цепная реакция ширится, усиленно размножаются моллюски и рыбы – и вот взрыв жизни оставляет в книге эпох неизгладимый след.
Возможна ли такая картина? Это можно проверить, если взглянуть окрест себя внимательно: а нет ли таких сгущений вокруг нас в наши далеко не бедные жизнью дни?
В 1926 году академик В.И. Вернадский писал: «Особое место, по-видимому, занимают саргассовы сгущения жизни. Они отличаются от планктонных сгущений характером фауны и флоры, а от прибрежных – тем, что независимы в своем существовании от разрушения континентов и от приносимых реками созданий жизни суши. В отличие от прибрежных сгущений «саргассовы» являются океаническими сгущениями и наблюдаются на поверхности глубоких частей океана, вне всякой связи с бентосом и донной пленкой».
Что же питает саргассовы сгущения? В. Флоровская считает: углеродистые, азотистые, фосфатные соединения, входящие в состав теплых подземных вод. В Саргассовом море, удивительном острове зелени посреди океана, резко повышенная температура воды (около двадцати семи градусов). Грабен, провал в земной коре, над которым плещутся воды моря, очевидно, богат выходами подземных термальных вод, обогащенных питательными веществами. В Красном море, зародыше грядущего океана, такие выходы горячих подземных рассолов обнаружены на всем протяжении рифта – трещины, секущей море вдоль. И Красное море – тоже место сгущения жизни.
Так преджизнь, возможно, взаимодействует с жизнью, вливая в нее время от времени новые силы.
От гипотезы панспермии большинство ученых открещивается. Но зато расцвела и утвердилась новая мегакосмическая концепция жизни, гораздо более манящая и вдохновляющая, – теория биопоэза. По этой теории космос – весьма благоприятная среда для возникновения сложных органических соединений. Эта готовность не может не вызвать благосклонности со стороны все той же теории вероятностей. Жизнь готова самозародиться и развиваться везде, где для этого есть набор подходящих условий. Разновидностей, «клонов» жизни во Вселенной много.
Дж. Бернал писал:
«Земная жизнь вместе со всеми прочими клонами жизни (на Земле, воможно, эти прочие клоны будут искусственно синтезированы в лаборатории) и образуют биопоэз, сверхжизнь. Наука, изучающая ее, будет носить имя общей, или инвариантной, биологии».
А потому карантин для межпланетных кораблей, возвращающихся из неисследованных областей космоса, будет необходим всегда.
ГЛАВА 13
ПРЕДЖИЗНЬ. ОТ БЕЛКА ДО ДНК? (ПРОДОЛЖЕНИЕ)
Когда же он закопошится?
В 1897 году знаменитый биолог-дарвинист и философ Э. Геккель заявил в многолюдном собрании немецких ученых: «Если вы, химики, создадите правильный белок, то он закопошится!» Слова эти были встречены аплодисментами, а обращены они были к восходящей звезде органической химии, будущему лауреату Нобелевской премии – Эмилю Фишеру. Казалось тогда, что стоит решить проблему синтеза белка – и искусственная жизнь, рукотворный организм оживут в пробирке химика, «закопошатся».
Десятки химиков бросились открывать строение белка и наудачу, вслепую пытаться получить его искусственно. И если первая часть этой работы шла быстро и уже на рубеже столетий были открыты все двадцать кирпичиков, составляющих белки, двадцать аминокислот, и их почти сразу научились синтезировать (и похоже, не было с этим проблем в космическом и земном естественном «биопоэзе»), то со связыванием аминокислот в белковую цепочку дело застопорилось на полвека. То есть связываться-то они связывались, но белок не получался. Получались пептиды, наборы аминокислот, кое в чем схожие с белками. Например, как и белки, они были горькие на вкус (аминокислоты сладковатые), могли перевариваться желудочным соком. Но ни у кого не хватило духу
назвать их белками, столь очевидна была разница. Сначала думали, что дело тут в длине цепи: пептиды были намного короче белков. Началась борьба за длину цепи.
И тогда лауреат Нобелевской премии 1902 года Эмиль Фишер, лидер гонки (у него в 1907 году получился восемнадцатичленный пептид), выступил с суровым осуждением «тотального синтеза белка». Даже если в результате сотен лихорадочных опытов наобум белок будет случайно получен, то этот результат даст науке ничтожно мало. Он сравнил химика с путешественником по неизведанной стране, который может промчаться через страну с помощью скоростного современного транспорта и достичь границы, не узнав о стране почти ничего. Но может он путешествовать и со смыслом, по определенной системе, не слишком торопясь, силясь понять природу и обычаи страны. И даже если придет он к цели позже торопливого своего коллеги, истинным покорителем страны будет он.
Э. Фишер оказался прав. Путь к синтезу белков открылся еще через пол века только после выяснения другими нобелевскими лауреатами матричной роли нуклеиновых кислот. Именно ДНК и РНК, подобно инженеру, запасшемуся чертежами, могут конструировать и строить строго определенную последовательность бесконечных нитей белка. Без этой строгой , определенности самая длинная цепь аминокислот будет оставаться просто цепью аминокислот – пептидом..А не белком. Но, зная эту предысторию химического синтеза белка, трудно не дивиться на наших современников-биохимиков, занятых как раз тотальным и как будто бессистемным синтезом самых разных органических веществ, в том числе и полипептидов. Это ученые, которые вслед за А. Опариным и Дж. Холдейном бьются над тайной происхождения жизни.
Шлагбаум на пути
«А и Б сидели на трубе. А упало, Б пропало, кто остался на трубе? А осталось на трубе И». Эта детская загадка процитирована... в журнале «Вопросы философии», в статье академика В.А. Энгельгардта, выдающегося советского биолога. Живое существо, скажем человека, можно оценить как сумму многочисленных А, Б, В – простых элементарных веществ. Его можно оценить как сумму веществ более высокого ранга – белков, нуклеиновых кислот и т.д. И каждая такая сумма, если отбросить все составляющие ее слагаемые, будет содержать некое «И», отсутствующее в исходном наборе. Все живое «копошится», причем со смыслом, с целью. А ведь весь этот многообразный, целесообразный мир родился из мертвого камня, тошнотворных газов первичной земной атмосферы, воды и сияния солнечных лучей. Как же это произошло?
И вот, соревнуясь друг с другом в простоте исходной химической утвари, в максимальном приближении к возможным на первичной Земле химическим и физическим условиям, биохимики получают одно сложное органическое вещество за другим. Углеводороды, жирные кислоты, порфирины – предшественники гемоглобина и хлорофилла, основания нуклеиновых кислот и наконец аминокислоты – практически все, даже самые сложные, вещества живого мира можно получить примитивными, «грубыми» способами. Например, пропуская электрические разряды или ультрафиолет через первичную атмосферу – смесь аммиака, метана и воды. Сейчас этот этап тотального синтеза веществ преджизни можно считать пройденным. Впереди самое трудное: белок, нуклеиновые кислоты, первое самовоспроизведение, размножение, первая матрица, строящая упорядоченные надмолекулы.
Ряды штурмующих загадку происхождения жизни разбились, как волны, о внезапно выросшее перед ними препятствие. Это препятствие – знаменитая «центральная догма молекулярной биологии», сформулированная выдающимися учеными – открывателями структуры ДНК и – именно за это – лауреатами Нобелевской премии Дж. Уотсоном и Ф. Криком:
ДНК -> РНК -> белок.
Иначе говоря, биосинтез возможен только в одном направлении. Сначала над каким-то участком гигантской молекулы ДНК собирается ее «отражение» – информационная РНК. Та из клеточного ядра, от ДНК, идет в рибосомы – клеточные фабрики белка, где двадцать (по числу аминокислот) транспортных РНК, этих грузчиков клетки, начинают подтаскивать к информационной РНК каждая свою аминокислоту, укладывают их на нее, как на конвейер, и с помощью ферментов (тоже белков!) «склеивают» строящуюся белковую молекулу.
Правило, установленное Уотсоном и Криком для живой клетки, некоторые ученые механически перенесли в прошлое,
к моменту зарождения жизни. Так появилась проблема пра-ДНК. Миновав почему-то более простые и выполнимые стадии – РНК и белок, природа должна была случайно составить двойную спираль ДНК, невероятно сложную, до сих пор не поддающуюся синтезу. Пра-ДНК и должна, казалось бы, быть первым организмом на Земле.
Но гипотеза пра-ДНК вызывает массу новых вопросов, на которые трудно дать ответ. ДНК совершенно беспомощна без белков: она не может делиться и реплицироваться без особого белка-фермента. Значит; сначала строительство этого белка-фермента? Но это, по той же догме, невозможно без информационной и двадцати транспортных нуклеиновых кислот. А те в свою очередь требуют для своего биосинтеза новых ферментов-белков... Порочный круг разрастается. Получается, что первая ДНК должна быть уже очень сложной, включать в себя десятки кодовых распоряжений. Когда попробовали подсчитать вероятность возникновения такой ДНК, ахнули: 10 -400! Точно как в том опыте свифтовских лапутян, которые путем машинного перебора букв хотели сочинить все еще не написанные гениальные произведения человеческого духа. Времени существования Вселенной и всех ее атомов не хватало, чтобы осуществить такую вероятность – произвести случайно на свет одну-единственную молекулу ДНК. Значит, жизнь на Земле – это чудесная случайность или не менее чудесный чей-то разумный акт? '
Это был тупик, и выход из него следовало искать в самом слабом месте – в догме. Природа не любит догм и не могла не предусмотреть исключения для волнующего момента возникновения жизни.
В эволюцию – на ходу
«Бомба в догму!» «Центральная догма молекулярной биологии под сомнением!» Подобные заголовки в 1970 году можно было увидеть в зарубежной печати. Вместо привычной формулы:
ДНК-> РНК -> белок появилась новая:
ДНК <=> РНК-> белок.
Советский биохимик член-корреспондент Академии наук Украины С. Гершензон и молодой американский вирусолог Г. Темин обнаружили: некоторые вирусы, заражая клетки животных, могут переносить информацию, закодированную на их молекулах РНК, на ДНК зараженных клеток. При этом они перестраивают наследственный аппарат клеток. Возникает опухоль. Невиданные горизонты открывались перед онкологией. Если раковая опухоль возникает именно так, то можно в принципе найти некий антифермент, вещество, блокирующее передачу информации от РНК к ДНК.
Для науки о происхождении жизни внезапный поворот стрелки от РНК к ДНК означал не меньшие потрясения и ожидания. Ведь вся она о том, как из простого получается более сложное. Некоторые виды РНК очень просты. Их синтез не требует такого чудовищно невозможного сцепления случайностей, как синтез ДНК. Весьма возможно, что РНК появилась раньше ДНК и отлично справлялась со своими обязанностями до определенного этапа развития.
Настоящим энтузиастом РНК можно назвать акдемика Александра Сергеевича Спирина, директора Института белка РАН. Цепь РНК очень похожа на цепь ДНК, с одной только разницей: это одинарная цепь, а не двойная спираль. «Мир РНК как предшественник современной жизни» – это название одной из глав его работы в Интернете. То, что РНК одинарна, делает ее удивительно похожей на белок. Как и его молекула, молекула РНК может свернуться сколь угодно прихотливо, но при этом и точно, образовать конформацию, трехмерную фигуру, отдельные выступы которой, где водородные связи сцепляют нить РНК саму с собой, в принципе оказываются той Самой двойной спиралью, почти ничем не отличающейся от будущей ДНК (которая, возможно, так и появилась когда-то на свет, как «дочка РНК») и которая может действовать наподобие ферментов (то есть РНК до поры не нуждается в белках-ферментах для своей деятельности). По целому ряду признаков, ДНК и сейчас вторична по отношению к РНК, и несомненно так было и в истории Земли. Именно РНК – главный деятель в самых древних клеточных процессах. ДНК не может обойтись для своей дупликации без РНК, а РНК – обходится. Все матричные и генетические функции ДНК РНК вполне доступны, в том числе и по части производства белковых цeпeй. Древний мир РНК, пишет Спирин, цитируя биохимика Л. Оргела,– это «самодостаточный биологический мир, в котором молекулы РНК функционировали и как генетический материал, и как энзимоподобные катализаторы». Есть в этой чрезвычайно популярной на рубеже тысячелетий теории и свои трудности (конечно, в части, касающейся синтеза белка), и они пока не преодолены. На чем и заканчивает академик свой яркий рассказ: «Но это уже следующая сказка... (“И Шахразаду застигло утро, и она прекратила дозволенные речи '：)»
Но... сказав «А», необходимо сказать и «Б». Если могла повернуть вспять одна из стрелок догмы Уотсона – Крика, не может ли то же самое сделать и другая? Короче говоря, не могла ли все же самовоспроизводящаяся жизнь возникнуть еще до нуклеиновых кислот, без ДНК и РНК, – на уровне белка? Так мы снова возвращаемся к «копошащемуся белку» ….
Возможна ли белковая матрица?
Уже после того, как было открыто свойство ДНК быть матрицей, шаблоном для синтеза самой себя, РНК, а через РНК белков, некоторые ученые продолжали задавать себе этот вопрос. Возник он и у авторов догмы – Ф. Крика и Дж. Уотсона.
Логика была простая: нуклеиновую кислоту можно уподобить форме, а белок – отливке. «Выступу» на нити нуклеиновой кислоты соответствует «паз» в белке, и наоборот6. А что, ежели поменять их местами? Не может ли белок, хотя бы в исключительных случаях, стать формой, на которой будет «отлита» нуклеиновая кислота, которая в свою очередь вновь станет формой, уже законной, для бездны других молекул белка? Отличный выход из заколдованного круга!
...Так делают фотографы, если утерян негатив ценного фотоотпечатка. Они переснимают отпечаток, получают репродукционный негатив, и, пожалуйста, можно изготовить хоть тысячу позитивов.
Да, такая идея возникла. Дж. Уотсон и Ф. Крик подробно эту идею рассмотрели и... отвергли.
Основной довод: ДНК «избрана» природой на ее уникальную должность хранителя и носителя информации из-за высокой точности, которая обеспечивается ее «четырьмя кодонами», «четырьмя цветами наследственности». Белок в качестве матрицы давал бы слишком большую ошибку, пишет Дж. Уотсон. И поэтому: «Перенос информации идет только в одном направлении: белок никогда не может служить матрицей для синтеза РНК, а РНК – матрицей для синтеза ДНК».
Времена меняются. Открытия С. Гершензона и Г. Темина сокрушили вторую часть догмы – насчет РНК и ДНК.
Мы не знаем, чем объяснить непримиримость ученых. Сколько раз в истории науки рушились самые строгие запреты! Классики молекулярной биологии знали, разумеется, о последних событиях в своей науке. Знали – и стояли на своем.
В статье, вызывающе названной «Центральная догма молекулярной биологии», Ф. Крик лаконично признал, что в отдельных случаях переход РНК>ДНК может «иметь место в очень специфических условиях», но тут же подтвердил основополагающее значение догмы, оставив ее в общем-то в силе. При этом он специально перечислил по-прежнему невозможные, с его точки зрения, переходы. Вот они:
белок – > ДНК,
белок -> РНК,
белок -> белок,
ДНК -> белок (минуя РНК).
Смысл трех из этих четырех запретов: белок не может быть матрицей для синтеза чего бы то ни было. Основной аргумент тот же: малая точность предполагаемой белковой матрицы. Нельзя не согласиться: это делает ее непригодной на достаточно высокой ступени эволюции. Но вначале, у истоков жизни, слишком большая точность не только не нужна, она была бы просто помехой.
Чтобы вступил в действие первичный естественный отбор и выработал элементарно необходимые для жизни биополимеры, нужно было сырье для этого отбора, а значит, «разночтения» – мутации. Их нужно было намного больше, чем дает их нуклеиновый код. Нельзя поэтому не согласиться с выдающимся биохимиком Дж. Уолдом: сама «организация, упорядоченность, характерные для живых организмов, не были предрешены или приданы им заранее. Они возникли в результате случайных мутаций – процесс этот сродни редактированию. Таким образом, и мы с вами являемся результатом работы редактора, а не Творца». Точность, о которой говорят классики, исходящие из современной картины жизни, появилась как преимущество каких-то видов жизни, дала им победу в первичной, почти чисто химической еще борьбе за существование. А это означает, что нуклеиновая кислота – основа современной жизни, возможно, включилась в уже начавшеюся эволюцию на ходу.
Все-таки белок?
Итак, все-таки белковая матрица, белковый код. Возможны ли они? Оказывается, эти термины звучат не так уж дико, более того, они даже существуют и применяются, правда, пока для особого класса явлений.
На одной из сессий общего собрания Академии наук СССР, специально посвященной молекулярной биологии, известный советский ученый Ю. Овчинников обронил такую фразу: «Первичная структура белков кодирует пространственную их структуру». .
Первичная структура – это определенная последовательность аминокислот, задаваемая нуклеиновым кодом. Но белок не существует в качестве вытянутых нитей. Прежде всего нить завита в спираль. Спираль – вторичная структура белка. Но самое важное – третичная структура: белок образует определенную конфигурацию, или, как говорят биохимики, конформацию, нити в пространстве.
Скажем, перегиб вправо, петля влево. Колено, восьмерка. К этому клубку страшно подступиться, он головоломен. Но сама белковая нить отлично «помнит», как она должна свернуться. Ее можно распрямить, денатурировать до вторичной или первичной структуры, например, нагревая. Вареный белок яйца – это денатурированный белок. Такой белок, лишенный своей третичной структуры, безжизнен. Если это фермент, то он теряет свои ферментные свойства. Но осторожная тепловая обработка может вернуть белку жизнь. Первичная структура – последовательность аминокислот – содержит в себе скрытую информацию о том, как надо свернуться. Эта скрытая информация закодирована в распределении радикалов (определенные химические группы способствуют изгибу нити), в размещении электрических зарядов: слабые водородные связи схватывают, скрепляют мостиками петли нити, оказавшиеся рядом. А обретая третичную структуру, конформацию, белок готов играть матричную роль уже на новом уровне. «При конструировании мембран, – пишет академик В.А-.Энгельгардт,– функционирует матрица третьего порядка. Она... сама имеет белковую природу».
На молекуле белка, имеющей третичную структуру, а потому очень прихотливо очерченной в пространстве (пазы, бугорки – все, как на образцовой матрице), собирается комплекс из молекул липида и другого белка. Такие комплексы штампуются в огромном числе, и белково-липидные мембраны, присутствующие во всех клетках организма, играют принципиальную роль в кипении жизни – регулируют обмен веществ.
Известному биохимику академику А. Баеву удалось тонкими и точными химическими воздействиями разрезать на две и даже на четыре части молекулу одной из транспортных РНК – валиновой т-РНК. Основная функция т-РНК – захватывать аминокислоту (в данном случае валин), приносить на место сборки белка и складывать свой груз на «сборочный конвейер» – рибосому. Соединяться с валином РНК может только в присутствии специального фермента. Разрезанные части РНК – четвертушки, половинки не желали соединяться с валином даже в присутствии фермента. Но смесь этих четвертушек, половинок – соединялась вела себя, как целая РНК. И это, несмотря на то что РНК оставалась разрезанной – ее молекулы не восстанавливались!
А, Баев объяснил поразительное явление тем, что белок-фермент играет в данном случае «роль своеобразной матрицы». Заполняя «пазы» и «углубления» на своей молекуле частицами раздробленной РНК, белок организует их: так размещает в пространстве, что они и теперь сообща могут выполнять свою работу, которую раньше делала целая молекула.
Таким образом, матричный – и очень точный! – принцип действия не только не чужд белкам – он у них «в натуре».
Я уже упомянул, что в 1970 году Ф. Крик еще раз объявил запретным переход:
белок -> белок.
Примерно в это же время во Франции на Третьей конференции по происхождению жизни профессор Ф. Липман сделал сенсационное заявление, сущность которого сводится как раз к попытке отмены и этого запрета.
Ибо в лаборатории Ф. Липмана в Нью-Йорке, а одновременно в лаборатории К. Курахаси в Институте белка (Осака, Япония) в 1969 году был впервые синтезирован белок вне рибосом, то есть без участия нуклеиновых кислот. Роль матрицы исполняли другие белки – два фермента! Синтезирован был грамицидин, антибиотик. Конечно, это не настоящий белок: в его молекуле всего пять пар аминокислот. Но лиха беда начало: доказана способность ферментов быть матрицей для постройки биополимеров строго упорядоченной конструкции.
На конференции доклад Ф. Липмана вызвал взрыв споров и страстей. Выяснилось, что еще один антибиотик можно синтезировать вне рибосом, без нуклеиновых кислот. Возможно, и в живой природе удастся обнаружить «генетику без генов» – биосинтез белков на белковой же ферментной матрице, наследие далекого прошлого живых систем. Но где-то близко к началу к процессу должны были подключиться и простейшие рибонуклеиновые цепи. Как написано в солидном переводном издании «Молекулярная биология клетки» (Мир, 1994), «полипептиды (простейшие аминокислотные цепи.– А.Г.) со случайной последовательностью, возникавшие под действием пребиотических синтетических механизмов, видимо, имели каталитические свойства и, в частности, могли облегчать репликацию молекул РНК. Полинуклеотиды, способствующие синтезу полезных полипептидов в своем окружении, должны были приобрести большое преимущество в эволюционной борьбе».
Началось со скелетов?
Впрочем, и с идеей пра-ДНК ученые расставаться окончательно не спешат. Лет тридцать назад геолог В.В. Чернобровкин обратил внимание кристаллографа Э.Я. Костенецкого на одно удивительное совпадение. В двойной спиралевиной нити молекулы ДНК расстояние между ближайшими звеньями, основаниями – неважно, чья это ДНК, комара или человека – всегда одно и то же и составляет он 3,4 ангстрема. В мире исследователей кристаллов эта величина известна очень хорошо. Это размер элементарной ячейки кристалла апатита, одного из самых распространенных в природе минералов. И еще одно совпадение: апатит – один из немногих природных минералов, участвующих, наряду с белками, в строительстве многих живых организмов. В «раздачах скелетов», о которых рассказывалось в этой книге, апатит поучаствовал. Есть он и в наших костях и зубах... На этих двух совпадениях ученые разработали свой вариант теории самозарождения жизни, первичного синтеза прамолекул ДНК на естественной кристаллической матрице.
Оказалось, у апатита есть своего рода сродство с еще тремя минералами, участвующими или участвовавшими на разных стадиях эволюции в строительстве скелета многих организмов – кальцитом, арагонитом, кварцем. Ученые поставили множество экспериментов. При температуре примерно в двести градусов и при повышенном давлении – а в начальной истории Земли этап с такими почти «венерианскими» условиями, несомненно, был – в смеси этих кристаллов молекулы аммиака, метана, окиси углерода не просто спекались в белковоподобные вещества, но и, встраиваясь в кристаллическую структуру апатита и минералов-«свойственников», как на первичной матрице, строили высокоупорядоченные молекулы, весьма похожие на ДНК.
Мы не раз уже говорили о раздачах скелетов в ходе эволюции, как о своего рода внешних общегеохимических «бедствиях непреодолимой силы», к которым жизнь должна была приспосабливаться и лишь потом учиться использовать во благо. Здесь же нащупывается совсем иное. Без скелетообразующих кристаллов жизнь, возможно, вообще не могла бы сделать и самых первых шажков. Послужив матрицей вначале, природные кристаллы потом уже в этом качестве не использовались, но и никуда не уходили, всегда были рядом с порожденными при их, можно сказать, родительском участии живыми организмами, и еще и еще раз оказывали эволюции мощную поддержку в критические ее моменты. Как тут не вспомнить о поразительном провидении Дж. Бернала, который писал о будущей «обобщенной кристаллографии», где жизнь – просто частный случай великих законов самоорганизации вещества Вселенной...
Вот и в данном случае ученые стали перебирать малоразработанные, но удивительно интересные факты из области «биоминералогии». Среди ископаемых и ныне живущих одноклеточных организмов – водорослей, радиолярий, фораминифер и многоклеточных – например губок – есть такие, чей скелет образован «органоминеральным» кристаллическим веществом, состоящим на 20– 30 процентов из органики, а в остальном из кристалла. В индивидуальном развитии такого организма идет процесс минерализации – замещения биомолекул минералом, причем законы кристаллографии и биохимии здесь теснейше переплетены. Сейчас уже ясно, что когда-то под высоким давлением в раскаленной сухой среде мог преобладать этот же процесс, только с другим знаком. Да, да. Преджизнь на каком-то этапе прошла через горячую безводную фазу первичного синтеза... И когда поверхность планеты несколько остыла и появились лужи и моря, в них уже плавали и растворялись множество таких первых «кентавров», полукристаллов-полуорганизмов, биокристаллов, готовых стать жизнью... Сегодня Э.Я. Костенецкий настаивает на том, что и дальнейшая эволюция живого шла в огромной степени под действием законов кристаллографии.
Ведь и сама клеточная плазма, по современным представлениям, – это так называемый жидкий кристалл. Жидкие кристаллы сегодня работают в дисплеях портативных компьютеров и телевизоров, в сотовых телефонах и черт его знает где еще, без них рухнул бы весь технопарк нашей цивилизации. Но, оказывается, и технопарк юрского периода, и всех других периодов эволюции биосферы строился по этим суперсовременным технологиям. И мы оба, читающий и пишущий эту книгу, тоже «сконструированы» в известном смысле как кентавры из органической и неорганической материи – биокристаллы.
Солярис на Земле
«Тотальный» штурм проблемы зарождения жизни продолжается. Американский биохимик С. Фокс пытался получить белковоподобные вещества – протеиноиды – из беспорядочного набора чистых аминокислот без всяких матриц. Шесть часов спекались в специальной печи аминокислоты. Через шесть часов перед исследователями лежал янтарный образец неведомого полимера.
