Джейкоб Броновски - Восхождение человечества

Пастер изготовил деревянные модели таких кристаллов (он обладал незаурядными способностями рисовальщика, скульптора и художника-декоратора) и, что гораздо важнее, разработал их интеллектуальные модели. В первом исследовании он натолкнулся на мысль, что должны существовать также правые и левые молекулы, и это их свойство, а не кристаллов. Свойство должно находить отражение в поведении молекул в любой несимметричной ситуации. Например, если поместить эти кристаллы в раствор и направить поляризованный (несимметричный) луч света, то молекулы одного вида (Пастер называл их правыми) должны вращать плоскость поляризации света влево. Раствор кристаллов одного типа будет вести себя несимметрично по отношению к несимметричному лучу света, образуемому поляриметром.

Удивительно, но химический раствор из живых клеток ведет себя точно так же. Мы до сих пор не знаем, почему жизнь имеет столь странное химическое свойство. Остается несомненным факт его существования. Кроме того, именно эта особенность сохраняется на протяжении всей эволюции жизни во Вселенной.

Зеркальность, но не взаимозаменяемость правой и левой рук человека натолкнули Пастера на идею эксперимента с деревянными моделями правых и левых виннокислых кристаллов.

Заслуга Пастера заключается в том, что он сумел связать все формы жизни с одним типом химической структуры. Из этого фундаментального умозаключения следует, что мы можем связать эволюцию с химией.

Сегодня теория эволюции больше не является предметом баталий, потому что ее современные доказательства гораздо убедительнее, богаче и разнообразнее, чем это было по времена Дарвина и Уоллеса. Самый интересный аргумент основан на биохимических процессах, проходящих в нашем теле.

Давайте рассмотрим их на практическом примере: я могу поднять руку в любой момент, потому что мышцы содержат запас кислорода, который доносит белок миоглобин, состоящий из без малого ста пятидесяти аминокислот. Их число одинаково, что у человека, что у всех других животных, в обмене у которых присутствует миоглобин. Однако сами аминокислоты несколько отличаются: между человеком и шимпанзе разница в одной аминокислоте, между человеком и галаго (низшими приматами) — в нескольких, между человеком и овцой или мышью — разница в количестве аминокислот заметно возрастает. Таким образом, количество аминокислот — мера эволюционного расстояния между человеком и другими млекопитающими.

Из этого следует, что истоки эволюции следует искать в построении молекул, которое началось с веществ, бурливших на Земле в начале времен. Говорить всерьез об истоках жизни следует, опираясь на реальные факты. Для этого надо задать такой исторический вопрос: из чего состояла атмосфера на поверхности Земли четыре триллиона лет назад, когда планета была очень молода и безжизненна?

На сегодняшний день мы знаем приблизительный ответ: атмосфера нагнеталась из недр земли, поэтому особенно хорошо формировалась в тех районах, где были вулканы, паровые котлы, полные азота, метана, аммиака и других восстановительных газов, самый известный из которых — углекислый. Лишь один газ отсутствовал в атмосфере — в ней не было свободного кислорода. Это важно, потому что он производится растениями, значит, появляется только с возникновением жизни.

Эти газы и их продукты, слабо растворенные в океане, образовали восстановительную атмосферу. Как они реагировали на электрические разряды молнии и ультрафиолетовое излучение Солнца — крайне важное в любой теории происхождения жизни, так как оно проникает без кислорода? На этот вопрос ответил красивый эксперимент Стэнли Миллера в 1950-х годах. Он поместил в замкнутый цикл (стеклянные колбы, соединенные запаянными прозрачными трубками) смесь метана, аммиака, воды и других веществ и начал нагревать их день за днем, пропускать между ними электрические заряды (имитации молний) и воздействовать на них иными агрессивными способами. Через некоторое время смесь газов заметно потемнела. При анализе полученного «бульона» ученый установил, что в нем сформировались аминокислоты. Это было очень важным шагом вперед в теории эволюции, потому что аминокислоты являются строительными блоками жизни. Из них формируются белки, а белки — основной строительный материал всех живых существ.

Мы раньше думали, что жизнь зародилась в таких теплых и наэлектризованных условиях. Однако ученые доказали, что она могла возникнуть в другой экстремальной ситуации — во льдах. На первый взгляд эта мысль кажется странной. Однако стоит помнить, что лед имеет два ключевых свойства, делающих его пригодной средой для образования простых основных молекул. Во-первых, процесс замерзания формирует большие концентрации веществ, которые в начале времен были растворены в океане. Во-вторых, кристаллическая структура льда позволяет молекулам выстраиваться определенным образом, крайне важным для каждого этапа зарождения жизни.

Лесли Оргел провел ряд элегантных и остроумных экспериментов. Я опишу только самый простой из них. Он взял несколько основных компонентов, которые несомненно присутствовали в атмосфере Земли на заре времен. В их число вошли синильная кислота (цианистый водород) и аммиак (нитрит водорода). Ученый растворил их в воде, заморозил и выдержал полученный лед в морозильной камере несколько дней. По прошествии этого времени он увидел, что материал приобрел форму крошечного айсберга на верхушке, а небольшое количество цвета указывало на то, что были сформированы органические молекулы. Без всякого сомнения, Оргел получил аминокислоты. Больше того, он сумел получить одну из четырех главных аминокислот ДНК — аденин. Эксперимент Оргела позволил предположить, что ДНК формировалась не в условиях тропиков, а во льдах.

Таким образом, проблема происхождения жизни не в том, как молекулы стали усложняться, а в том, как появились простейшие молекулы, способные к самопроизводству. Вопрос о происхождении жизни — это вопрос о том, были ли основные молекулы, обнаруженные нынешним поколением биологов, образованы естественными процессами. Мы знаем, что ищем в начале жизни: простые основные молекулы, как так называемые основания (аденин, тимин, гуанин и цитозин), составляющие спираль ДНК, которая самопроизводится при делении любой клетки. В дальнейшем организмы все более усложнялись, поэтому изучение их стало статистической задачей. Ведь эволюция сложных структур — процесс статистический.

Естественным образом возникает следующий вопрос: могли бы эти самопроизводящиеся молекулы появиться много раз и во многих местах? Полного ответа пока нет. Ясно одно: жизнь сегодня управляется всего несколькими молекулами — теми самыми основаниями ДНК. Они могут объяснить, почему каждое живое существо — от бактерии до слона, от вируса до розы — наследует признаки своих предков. И вот вывод, который мы можем сделать уже сегодня: это единственные атомные образования, способные к самовоспроизводству.