Роланд Глазер - Биология в новом свете

Мы знаем, что жизнь в высшей степени связана с упорядоченностью и организацией. В строгом порядке выстроены аминокислоты — кирпичики, из которых состоит белок. Их порядок, или, выражаясь языком молекулярной биологии, последовательность, определяет функцию белка, например его высокоспецифическое действие как фермента, т. е. катализатора биохимических реакций совершенно определенного типа. Если последовательность таких кирпичиков нарушится, фермент будет так же мало пригоден к работе, как телевизор, собранный обезьяной.

Итак, аминокислоты связаны между собой настолько прочно, что тепловое движение молекул не в состоянии их перемешать. Но ведь должны же они где-то соединяться друг с другом? "Сборочным цехом", где создаются белковые молекулы, являются рибосомы. Здесь по твердому плану — точной копии с наследственного вещества, хранящегося в кладовой каждой клетки — клеточном ядре, одна аминокислота "сшивается" с другой. На деталях этого процесса мы не будем подробно останавливаться. При желании читатель может в этом разобраться, обратившись за помощью к какой-либо из множества книг по молекулярной биологии. Здесь же для нас важно уяснить, что упорядоченность рождается упорядоченностью. В определенных случаях биологическая организация способна защититься от хаоса, сохранить упорядоченность и передать ее по наследству.

Невольно напрашивается вопрос, как возникла такая упорядоченность. Конечно, умение скопировать план конструкции и построить ее в полном соответствии с этим планом — большое мастерство. Но насколько сложнее разработать такие планы!

Синтез белковой молекулы Б осуществляется на рибосомах. Порядок расположения элементов наследственного вещества, представленный его копией — молекулой мРНК, определяет последовательность аминокислот в белке. Различные аминокислоты показаны символическими значками. Маленькие молекулы тРНК доставляют к соответствующему коду на мРНК нужные аминокислоты и 'пришивают' их на рибосоме к образующейся белковой молекуле

В настоящее время у нас уже сформировались достаточно обоснованные представления о том, как благодаря изменчивости и отбору мог появиться план анатомически-морфологического строения организма, как возник первый строительный план.

Путь перехода от неорганической молекулы к органической без участия живых организмов нам сейчас уже в основном ясен. Благодаря космическим полетам удалось обнаружить следы органических соединений и за пределами Земли. Это ознаменовало первый успех в научном объяснении возникновения жизни. Но даже если представить себе целое море органических молекул, например аминокислот, остается непонятным, как появился первый белок, первая молекула, способная к размножению. На карте наших знаний здесь до сих пор простирается огромное белое пятно. По-видимому, нам еще не известны какие-то важные закономерности, ибо создание "разумной" последовательности аминокислот вряд ли могло быть случайностью. Жизнь тогда была бы в высшей степени невероятным явлением.

Теперь остановимся на борьбе жизни с хаосом, борьбе биологической упорядоченности с тепловым движением молекул. Всегда ли тепловое движение ведет к разрушению? В принципе — да, ибо случай творит то, что наиболее вероятно, а самое вероятное — это неупорядоченность. Каждый может в этом убедиться. Достаточно набрать горсть кубиков, а затем бросить их. Очень редко случается так, чтобы один кубик аккуратно лег около другого! А упадут ли хоть раз рядом друг с другом три кубика? Такая упорядоченность, добиться которой в состоянии даже двухлетний ребенок, если и может возникнуть случайно, то лишь с ничтожнейшей вероятностью. Впрочем, это уже положение второго начала термодинамики, о котором мы говорили в предыдущей главе.

Но всегда ли хаотическое движение молекул действительно враждебно жизни? Дальше мы убедимся, что такое движение отнюдь не играет роли лишь разрушающего фактора в различных проявлениях жизни — без теплового движения молекул жизнь вообще была бы невозможна. А затем мы попытаемся решить вопрос: можно ли обуздать случай?

Броуновское движение мельчайших частиц, видимых под микроскопом. Если мы проследим за такой частицей, то обнаружим, что она движется абсолютно хаотически

Начнем с наглядного примера. Правда, наглядно только то, что можно видеть, а, как мы уже знаем, само понятие "видеть" на микромир не распространяется. Однако некоторые микрофизические явления можно наблюдать даже с помощью оптического микроскопа.

Полтора столетия назад английский естествоиспытатель Роберт Броун заметил, что частички пыльцы движутся в жидкости очень своеобразно. Даже в препаратах, где жидкость находится в покое, можно наблюдать непрерывное хаотическое движение отдельных частиц во всех направлениях: вперед — назад, вверх — вниз. Легко убедиться, что это явление, позднее названное броуновским движением, вовсе не связано с какими-то особыми свойствами биологического объекта. Мельчайшие частицы грязи, оказавшиеся среди живой пыльцы, также свободно взвешены в жидкости и движутся столь же беспорядочно. В начале нашего столетия Альберт Эйнштейн дал теоретическое объяснение этому явлению и разработал метод точного его расчета.

Мельчайшая частица — спора гриба, пыльцевое зерно, крохотная бактерия или частица пыли — находится в жидкой среде; Со всех сторон она подвергается бомбардировке молекулами жидкости, которые находятся в состоянии теплового поступательного движения (так мы его назвали). В какой-то момент времени сумма ударов, или, как говорят в физике, импульсов, получаемых нашей малой частицей, не равна нулю, они не полностью взаимно уничтожаются. В результате наша частица движется поступательно в некотором направлении. Однако в следующий момент векторная сумма импульсов выглядит уже совершенно иначе. Тогда частица движется в другом направлении. Так направление ее движения непрерывно меняется — то туда, то сюда. В итоге частица остается на одном и том же месте, хотя и совершает колебания в пределах определенного радиуса действия. Как установил Эйнштейн, этот радиус действия тем больше, чем меньше частица, чем выше температура и чем меньше вязкость среды, в которой находится частица. Большие частицы получают такое количество толчков, что последние взаимно уничтожают друг друга, и частица почти не смещается. Как говорится, у семи нянек дитя без глазу.