Капра Фритьоф - Скрытые связи

Нам известно, что все живые организмы представляют собой либо отдельные клетки, либо многоклеточные образования, мы знаем и то, что простейшей живой системой является клетка [4]. Если быть более точным, это бактериальная клетка. Сегодня нам известно, что все высшие формы жизни развились из бактериальных клеток. Простейшие же из этих последних принадлежат к классу крошечных сферических бактерий, именуемых микоплазмами, диаметр которых составляет менее тысячной доли миллиметра, а геном состоит из одной замкнутой петли двухнитевой ДНК [5]. Но даже в таких элементарных клетках непрерывно протекают сложные и разветвленные метаболические процессы [10] Метаболизм (от гр. metabole — «изменение») — это совокупность биохимических процессов жизнедеятельности. , благодаря которым клетка снабжается питательными веществами, избавляется от шлаков и синтезирует из молекул пищи белки и другие свои составляющие.

Будучи элементарными клетками в смысле своей внутренней простоты, микоплазмы, однако, способны выжить лишь во вполне конкретной и довольно сложной химической среде. Как указывает биолог Гарольд Моровиц, это означает, что нам следует различать два рода клеточной простоты [6]. Внутренняя простота означает простоту биохимических процессов, протекающих внутри организма, тогда как простота экологическая означает невысокую химическую притязательность в отношении среды его обитания.

С экологической точки зрения простейшими из бактерий являются предки сине-зеленых водорослей цианобактерии, которые также отличаются почтенным возрастом: их химические следы обнаруживаются в древнейших окаменелостях. Некоторые из этих сине-зеленых бактерий способны строить свои органические компоненты исключительно из углекислоты, воды, азота и чисто минеральных веществ. Интересно, что их удивительная экологическая простота, как оказывается, требует некоторой внутренней биохимической сложности.

Экологический взгляд но природу жизни

Связь между внутренней и экологической простотой пока что весьма мало изучена — отчасти потому, что большинство биологов не привыкли смотреть на вещи под экологическим углом зрения. Как разъясняет Моровиц:

Устойчивая жизнедеятельность — это свойство экосистемы, а не отдельного организма или вида. Традиционная биология привыкла ограничиваться рассмотрением отдельных организмов, а не биологического континуума, поэтому происхождение жизни видится ей уникальным событием, в котором некий организм возникает из окружающей его среды. Напротив, экологически сбалансированный подход предполагает изучение протоэкологических циклов и соответствующих химических систем, которые должны были развиваться и устойчиво существовать одновременно с возникновением объектов, сходных с биологическими организмами |7].

Ни один организм не способен существовать в изоляции. Животные в своих энергетических потребностях зависят от фотосинтеза растений; растения зависят от производимой животными углекислоты, равно как и от азота, связываемого почвенными бактериями. Взятые же вместе, растения, животные и микроорганизмы регулируют биосферу в целом и поддерживают условия, благоприятные для жизни. Согласно выдвинутой Джеймсом Лавлоком и Линн Маргулис [8] теории Геи, эволюция первых живых организмов шла рука об руку с превращением поверхности планеты из неорганической среды в саморегулирующуюся биосферу [11] Для справедливости следует заметить, что данная гипотеза была высказана (и исследована) гораздо раньше в работах академика В. И. Вернадского (1863–1945), русского ученого, основателя науки биогеохимии и автора понятий «биосфера» и «ноосфера». — Прим. науч. ред. . «В этом смысле, — пишет Гарольд Моровиц, — жизнь есть свойство скорее планет, нежели отдельных организмов» [9].

Определение жизни в терминах ДНК

Давайте теперь вернемся к вопросу «Что есть жизнь?» и спросим: как работает бактериальная клетка? Каковы ее определяющие характеристики? Взглянув на клетку в электронный микроскоп, мы заметим, что в ее метаболических процессах принимают участие особые макромолекулы — громадные образования, представляющие собой длинные цепи из сотен атомов. Во всех клетках обнаруживаются два рода таких макромолекул — белки и нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК [12] Соответственно дезоксирибонуклеинопая и рибонуклеиновая кислоты. — Прим. перев. ).

В бактериальной клетке имеется два основных типа белков — ферменты, действующие как катализаторы различных метаболических процессов, и структурные белки, являющиеся ее строительным материалом. В клетках высших организмов имеется также множество других типов белков, выполняющих специальные функции, — например, антитела иммунной системы и гормоны.

Поскольку большинство метаболических процессов катализируются ферментами, а выработка ферментов определяется генами, клеточные процессы являются генетически управляемыми, что придает им чрезвычайную устойчивость. Молекулы РНК служат «посыльными», перенося от ДНК необходимую для синтеза ферментов информацию и устанавливая тем самым ключевую связь между генетическими и метаболическими характеристиками клетки.

ДНК также ответственна за самовоспроизводство клетки, представляющее собой важнейшее свойство живого организма. Не будь этого свойства, любые случайно возникшие структуры, погибнув, исчезли бы с лица земли и жизнь не смогла бы развиться. Эта ключевая роль ДНК наводит на мысль, что ее следовало бы считать единственной определяющей характеристикой живого. Нельзя ли просто сказать: «Живые системы — это химические системы, которые содержат ДНК»?

Дело, однако, в том, что ДНК содержится и в мертвых клетках. Ее молекулы способны сохраняться сотни и даже тысячи лет после смерти организма. Впечатляющим примером здесь может послужить сделанное несколько лет назад сообщение немецких ученых, которым удалось определить точную последовательность генов в ДНК, извлеченной из черепа неандертальца — костей, которые мертвы уже более 100 тысяч лет [10]! Таким образом, самого по себе наличия ДНК для определения жизни недостаточно. Нам также не обойтись без описания метаболических процессов клетки — иначе говоря, способов взаимодействия макромолекул. По словам специализирующегося на молекулярной эволюции и происхождении жизни биохимика Пьера Луиджи Луизи, эти два подхода — «аминокислотный» и «клеточный» — представляют собой два основных философских и экспериментальных направления в современной науке о живом [11].

Мембраны — основа клеточной индивидуальности

Давайте теперь взглянем на клетку как на некую целостную систему. Прежде всего, клетка характеризуется наличием границы (клеточной мембраны), отделяющей собственно систему от окружающей ее среды. В области, очерченной этой границей, происходят сложные химические реакции (клеточный метаболизм), при помощи которых система обеспечивает собственную жизнедеятельность.