Айзек Азимов - Вид с высоты

Но прежде всего — что такое клетка? Грубо говоря, это организм, состоящий по крайней мере из трех частей. Во-первых, у него есть мембрана, которая отделяет клетку от внешнего мира, во-вторых, — маленькая внутренняя структура, называемая ядром, и, в-третьих, цитоплазма, заполняющая пространство между мембраной и ядром.

Правда, в теле человека есть клетки (например, клетки сердца), которые, собственно говоря, не отделены друг от друга мембранами, а есть и такие клетки, как эритроциты, которые не имеют ядер. Но это очень специализированные клетки многоклеточного организма, и, взятые отдельно, они не могут считаться живыми организмами.

А для тех клеток, которые действительно являются живыми организмами, мембрана, цитоплазма и ядро — это минимум необходимых составных частей. У некоторых особенно простых одноклеточных организмов, по-видимому, нет ядер, — примером тому служат бактерии и сине-зеленые морские водоросли. Однако и в этих клетках так или иначе содержится «ядерный материал», то есть вещество, которое химически реагирует точно так же, как ядра более сложных клеток. Значит, у бактерий и сине-зеленых водорослей все же есть ядра, но они распределены по всей клетке, а не собраны в одном месте.

Какая же из трех частей клетки важнее? Это все равно, что спросить, какая из ножек трехногого стула более важна; ведь ни одна клетка не может жить без всех своих трех составных частей. Тем не менее оказывается, что значение каждой из них неодинаково. Если, например, амебу разделить тонкой иглой на две части, то часть с целым ядром может выжить, вырасти и нормально размножаться. Половинка же, лишенная ядра, непродолжительное время сохранит способность выполнять основные жизненные функции, но уже не сможет расти и размножаться.

Когда клетка делится, она обязательно претерпевает сложную цепь изменений, которые затрагивают очень мелкие структуры, находящиеся внутри ядра и называемые хромосомами. Это верно как для клетки-организма, так и для клетки, являющейся всего лишь частью сложного организма.

Одно из важнейших изменений, в котором принимают участие хромосомы, — «копирование», когда каждая хромосома вызывает образование новой, себе подобной хромосомы, создает копию самой себя. Ни одна клетка не делится, прежде чем не произойдет такое копирование. К концу XIX столетия биологи начали догадываться, что главное в организме — это клетка, а в клетке — хромосома.

Но давайте вернемся к структурному определению. Ведь, в конце концов, наше определение живого многоклеточного организма является как функциональным, так и структурным. Что же касается определения живого одноклеточного организма, то оно чисто функциональное, так как в нем не сказано, из чего состоит одна клетка.

Чтобы внести ясность, следует спуститься до молекулярного уровня. Клетка содержит многочисленные типы молекул; некоторые из них встречаются и в неживой природе (например, вода). Следовательно, их нельзя считать характерными только для живых организмов.

Но есть молекулы, которые имеются только в живых клетках и в веществе, которое когда-то было частью живой клетки или по крайней мере образовано живой клеткой. Самыми характерными из этих молекул являются различные белковые молекулы. Не существует ни одной формы жизни, ни одной клетки, какой бы простой или сложной она ни была, которая не содержала бы белка.

Белки выполняют разнообразные функции. Некоторые белки просто-напросто служат основной составной частью тела, кожи, волос, хрящей, сухожилий, связок и так далее. Другие белки очень тесно связаны с самой химической деятельностью клеток; они катализируют тысячи реакций в клетках. Интуитивно мы чувствуем, что эти белки (так называемые ферменты) близки к химической сущности жизни.

Вот когда я снова могу вернуться к своей книге «Жизнь и энергия», из которой в начале главы цитировал малоудачное определение живого организма; теперь, со всеми поправками, это определение будет звучать так: «Живой организм характеризуется способностью временно и локально понижать энтропию с помощью реакций, катализируемых ферментами». Вот это определение является как функциональным («понижать энтропию»), так и структурным («при помощи ферментов»).

В таком определении ничего не говорится о клетках. Правда, оно применимо как к многоклеточному, так и к одноклеточному организму, ибо точно разграничивает те системы, которые мы интуитивно признаем живыми, оставляя в стороне те, которые мы таковыми не признаем.

Судя по новому определению, можно подумать, что единицей жизни является не клетка, а ферменты, находящиеся в клетках. Но коль скоро ферменты могут быть созданы только внутри клетки и только клеткой, то это различие носит чисто академический характер. Если, конечно, нам не удастся связать образование ферментов с чем-то отличным от клетки как таковой.

В течение последних десятилетий было убедительно доказано, что тысячи различных ферментов (по одному на каждую из тысяч различных химических реакций, постоянно протекающих в клетке) создаются в клетке под контролем хромосом.

Перейдя к хромосомам и оставаясь на молекулярном уровне, я должен объяснить, что хромосомы состоят из ряда гигантских молекул, называемых нуклеопротеидами; каждая из них состоит частично из белка и частично из нуклеиновой кислоты. По своей структуре нуклеиновая кислота совершенно отлична от белка.

Нуклеиновая кислота получила свое название потому, что впервые была обнаружена в ядре (ядро по-латыни nucleus ). Вскоре она была обнаружена и в цитоплазме, но ее первоначальное название сохранилось. Есть два вида нуклеиновой кислоты — дезоксирибонуклеиновая кислота и рибонуклеиновая кислота. Сокращенно они именуются ДНК и РНК. ДНК присутствует только в ядре, и хромосомы по большей части состоят из нее. РНК находится главным образом в цитоплазме, хотя небольшое количество ее есть и в ядре.

Исследования, проведенные в 50-х годах, показали, что не просто хромосомы, а именно ДНК (с помощью РНК) контролирует синтез специфических ферментов. Можно сказать, что через ферменты нуклеиновые кислоты руководят химической деятельностью клетки и, следовательно, контролируют все функции, которые ассоциируются у нас с функциями живого организма.

Но могут ли нуклеиновые кислоты считаться «живыми» на том основании, что они контролируют функции живых организмов? Когда речь шла о клетке, мы назвали ее живой только после того, как выяснилось, что одна-единственная клетка способна выполнять функции целого организма. Точно так же мы не можем считать нуклеиновые кислоты живыми, до тех пор пока не выясним, способна ли молекула нуклеиновой кислоты выполнять функции целого организма.