миллиарда лет назад.
Благодаря особым свойствам атома углерода (способность сцепляться не
только с другими элементами, но и с самим собою - образовывать длинные и
разветвленные цепочки) молекулы на его основе отличались колоссальным
разнообразием свойств. Именно на их основе пошла в дальнейшем эволюция всего
живого (органики), поэтому такие молекулы стали называть органическими.
В первый миллиард лет своей истории Земля была весьма неспокойным
местом - с постоянными вулканическими извержениями, неистовыми ливнями и
сверкающими молниями. Отсутствовал кислород, не было озонового слоя,
поглощающего жесткое ультрафиолетовое излучение Солнца. В таких условиях
возникали относительно простые органические (содержащие углерод) молекулы. В
экспериментах в пробирке удалось получить все основные классы содержащихся
внутри живых клеток малых молекул (в том числе нуклеотиды, из которых
состоят все ДНК и аминокислоты - "кирпичики" белков).
Из этого свободно плавающего в древней воде строительного материала и
возникла жизнь...
Почти всё, что Аид рассказывал, мне было известно, но я, как и обещал,
не перебивал его. Теперь же он подошёл к самому таинственному моменту
истории. Каким образом из множества разнообразных кирпичиков могло само
сложиться такое сложнейшее сооружение как живая клетка, организм? Кто или
что придумал и закодировал в их структуре все свойства живого?
Я поднял ладонь, знаком прося Аида приостановить свое повествование:
- Как же живое могло произойти от неживого? Аид, если можно, этот этап
организации материи чуть подробнее.
- Запомните главное, Майкл: между так называемым "живым" и "неживым" -
нет принципиальной разницы. Это условные понятия, существующие только в
человеческом мозгу. Просто организация материи достигла новой ступени,
имеющей гораздо более высокие темпы развития. Обусловлено это двумя
приобретенными на этом этапе механизмами - способность к самокопированию и
самоуничтожению через определенное время (смерть).
Итак, четвертая ступень организации - объединение простых органических
молекул в сверхдлинные...
Старец углубился в научные дебри. Опуская специфические термины, в
общих чертах я понял его.
Аид вводил понятие "солнечный двигатель". Он и есть тот строитель, за
счёт энергии которого происходит усложнение материи. Излучение Солнца
создает необходимую температуру, заставляя молекулы и атомы всех веществ
двигаться, а как следствие, взаимодействовать и видоизменяться. Если энергия
светила будет поступать в недостаточном количестве или её не будет вообще,
молекулы перестанут двигаться, развития не будет, время как бы остановится.
Если же энергии окажется слишком много, движение станет настолько сильным,
что молекулы и даже атомы могут распадаться, деградировать, а время как бы
сожмется в мгновение. Химические превращения идут активно только в воде,
поэтому идеальным можно считать температурный интервал от 00 С до 1000 С
(для планеты с массой Земли). По его словам, этот этап организации материи
невозможен в других условиях, поэтому наступает не на всех планетах. Что
вполне соответствует одному из основных принципов Мироздания: - "внутри
каждой ступени развитие происходит по принципу дерева - от одного ствола
ответвляется множество тупиковых ветвей со своими отростками. Только из
одной веточки, в конце концов, происходит прорыв на качественно новую
ступень. Эта наиболее совершенная, прорвавшаяся первой ветвь, образует там
ствол нового дерева, захватывает нишу, не позволяя проникнуть вслед за собой
другим отросткам предыдущего уровня. Потом процесс повторяется. Следующая
ступень надстраивается над предшествующей, захватывая всё большее
пространство, появляются "организмы" всё более необъятных масштабов". Так
называемый закон перехода количества в качество. Все боковые тупиковые
ответвления на каждой ступени никуда не исчезают, а остаются, меняются в
соответствии со своей шкалой времени, но никогда не смогут они прорваться на
более высокую, уже занятую ступень. К примеру, дельфины никогда не смогут на
нашей планете образовать общества, подобные человеческим - ниша занята! То
же относится и к обезьянам - они ведь всего лишь последний тупиковый
отросток от общего с нами предка.
В процессе этой эволюции природа как бы на ощупь, случайно "пробует"
очень много вариантов, из которых большинство приводит к тупикам. Но подобно
тому, как ручеек воды причудливо прокладывает своё русло через пересеченную
местность, общее направление организации материи прослеживается вполне
уверенно. В этом общем направлении ни одно из звеньев эволюционного процесса
не может быть выброшено.
- Вернемся всё же к первобытному океану, - не отрывая от меня
гипнотизирующего своей невозмутимостью взгляда, спустя некоторое время
сказал старец. - Вам известно хотя бы в общих чертах внутреннее устройство
всего живого?
Я задумался. А что, действительно, я знаю? Да почти ничего! И при этом
тешил себя иллюзиями, что интуитивно чувствую свое предназначение. Сюда бы
Фрэнсиса или Стива - уж они-то в биологии сильны!
- Мне знакомы самые азы, - я пожал плечами. - ДНК, кодирующая любую
клетку и их взаимное пространственное расположение, то есть конкретный
организм, состоит из очень длинной цепочки нуклеотидов четырех
разновидностей. Белки, из которых построена оболочка и внутренности клетки,
а, следовательно, и организмы - из 20 видов аминокислот, соединенных в
сверхгигантские цепи. И подобно тому, как из 30 букв сложены миллионы слов,
существуют миллионы видов белков, резко отличающихся по свойствам: есть
среди них тянущиеся как резина или прозрачные, как стекло, водоупорные или
сверхпрочные, и так далее. Огромное разнообразие их свойств определяется
тем, что эти гигантские молекулы обычно имеют ветвящуюся структуру, и каждый
вид белка по-разному свернут в трёхмерном пространстве.
- Всё правильно. Только маленькое уточнение. Конкретные белки,
необходимые конкретной клетке, постоянно синтезируются по ДНК (в
соответствии с последовательностью нуклеотидов в ней). Из поступающих
снаружи с пищей "кирпичиков" - аминокислот. Отработавшие "своё" белки
разрушаются и заменяются. А сама ДНК содержится в ядре клетки.
Затем, закончив "вводный инструктаж", старец Аид, можно сказать, "на
пальцах" описал возникновение жизни. Эта информация была для меня совершенно
новой, и я застыл в кресле, стараясь не упустить ни слова...
В те далёкие времена, когда образовалась Земля, говорил Аид, океан
кишел самыми разными молекулами. Их было несчётное, невообразимое
количество. Они вступали между собой в реакции, распадались на части.
Солнечная энергия, "его величество случай" и время - вот всё, что для этого
было нужно, и всего этого оказалось предостаточно. Среди других молекул
плавали нуклеотиды. Но они обладали кое-какими особенностями.
Наглядней всего будет взять в качестве модели всем знакомую
застёжку-молнию, объяснял старец. Каждое её металлическое звено - нуклеотид.
Но так как их четыре вида, а не один, лучше представить себе особую молнию,
у которой тоже четыре вида цепляющихся выступов на кончике металлической
пластинки: круглый (входит только в круглый паз), квадратный (входит в
квадратный), треугольный (входит в треугольный), прямоугольный (входит в
прямоугольный).
Разъединим такую молнию вдоль, на две части, мелко-мелко порежем на
отдельные металлические пластинки и бросим их свободно плавать среди куч
прочего хлама (символизирующего другие молекулы). Теперь представим, что
случайно столкнувшиеся металлические звенья могут прочно присоединяться к
бокам друг друга (как в молнии) и непрочно - со стороны выступов (круглый -
только с круглым, квадратный - только с квадратным, и так далее). Это и есть
модель, соответствующая свойствам соединенных молекул нуклеотидов (ДНК).
Далее произошло вот что: после появления первых, случайным образом
выстроенных обрывков-половинок молний процесс их самообразования значительно
ускорился. Такой обрывок превращается как бы в матрицу, притягивая и
выстраивая вдоль себя соответствующие свободно плавающие звенья (напротив
круглого - круглый, квадратного - квадратный, и так далее). Эти отдельные,
налипшие по всей длине матрицы, субъединицы прочно соединяются между собой
(своими боками), образовывая копию исходного обрывка молнии. В таком
состоянии данный кусок будет представлять собой "застегнутую" молнию. Но мы
помним, что разорвать ее очень тяжело поперек и относительно легко - вдоль.
С течением времени из-за случайных внешних воздействий это и происходит.
Тогда каждая разъединившаяся половинка вновь выстраивает свою копию из
свободных одиночных частичек, и когда они опять разъединятся, их станет уже
четыре, затем восемь, шестнадцать, тридцать две и так далее. "Неживое"
приобрело первое свойство "живого" - способность к самокопированию.
Процесс размножения гигантских ДНК-подобных молекул принял
"взрывообразный" характер. Через относительно ничтожное время (возможно,
десяток миллионов лет) воды Земли оказались заполонены несметным их
количеством. Но при любом процессе копирования рано или поздно неизбежно
происходят ошибки и размножаются неточные копии оригинала. Следовательно,
сформируются разнообразные молекулы. Но такие первичные ДНК не просто
цепочка абстрактных символов. Они обладают химической индивидуальностью,
влияющей на их поведение. Конкретная последовательность нуклеотидов
определяет свойства молекулы, особенно характер её свертывания в растворе,
что влияет на её устойчивость и на способность размножаться. В лабораторных
опытах было доказано, что система подобных самокопирующихся ДНК подвержена
своего рода естественному отбору, при котором в зависимости от конкретных
условий начинает преобладать та или иная последовательность...
"Вот она, промежуточная форма - "живое" и "неживое"", - я это понял, и
всё сразу показалось значительно проще. На время Аид умолк, предоставляя мне
возможность, налить чаеподобный ароматный напиток и собраться с мыслями,
затем продолжил:
- Молекула, образованная порой очень протяжённой цепью нуклеотидов,
обладает двумя важными свойствами: закодированная в их последовательности
информация о собственном строении передаётся в процессе размножения, а
уникальная пространственная структура определяет характер взаимодействия с
внешней средой. Оба свойства резко ускоряют эволюцию этих молекул. В таком
сверхпримитивном "организме" нуклеотидная последовательность аналогична
наследственной информации (генотип). Пространственная укладка аналогична
сумме признаков организма, подверженных действию естественного отбора
(фенотип).
Механизм отбора очень прост. Арбитром, определяющим, какая ДНК в
конкретной среде лучше, является только время, двигателем - лучи Солнца. В
самом деле, если взять, предположим, две разных ДНК, обладающих разными
скоростями и точностью копирования, различной стабильностью копий, то, в
конце концов, с течением времени более совершенная модель захватит всё
пространство, используя для самовоспроизводства и нуклеотиды из "слабой"
ДНК. Но "совершенная" ДНК тоже иногда рождает "сбойные" копии, некоторые из
которых окажутся ещё лучше (пусть даже только одна из миллиона) и быстро
размножатся, если они действительно лучше; другие, возможно, смогут
дополнять чем-то родительскую ДНК (например, разрушать чужеродные молекулы).
Так рождается постоянно совершенствующееся и конкурирующее сообщество.
Но возможности ДНК-подобных молекул ограничены. Белковые молекулы
обладают неизмеримо более широким диапазоном химических и физических
свойств. Некоторые виды белков способны, например, многократно ускорить
процесс самовоспроизводства ДНК. А нам известно, что белки синтезируются из
аминокислот прямо на матрице ДНК в соответствии с последовательностью
нуклеотидов в ней. Рано или поздно должны были появиться ДНК с такой
последовательностью, по которой строится именно полезный для неё белок (из
свободно плавающих в окружающей воде аминокислот). Среди прочих белков, в
конце концов, появился и белок, формирующий внешнюю мембрану, так сказать,
окутывающий материнскую ДНК, защищающий её от внешних воздействий и
удерживающий другие полезные белки поблизости от нее.
Как только эволюция продвинулась до этой стадии, распространение такой
первичной клетки резко ускорилось. Предположительно все ныне живущие
организмы произошли из единственной, возникшей около 3,8 миллиардов лет
назад первобытной клетки, сумевшей первой "разработать" эффективный механизм
синтеза белка. Её генетический код, виды аминокислот, выбранные случайно,
закрепились из-за молниеносного по сравнению с простыми ДНК характера
размножения и захвата новой ниши, и остаются одинаковыми для всех организмов
Земли. Это было начало пятой ступени организации материи: объединение (с
разделением функций) сверхгигантских молекул в клетку.
Постепенно из первой клетки появились её новые разновидности - опять
продолжилась конкурентная борьба. Клетки всё совершенствовались. По их
центральной ДНК стали синтезироваться сотни, тысячи, а в современных клетках
десятки тысяч белков разных видов. Причем каждый вид белка внутри клетки
представлен от тысяч до миллионов копий. Все они слаженно выполняют строго
определённую работу, и по сложности, принципам устройства клетка очень
похожа на крупный город. Каждый вид белковой молекулы имеет определенную
траекторию движения, предназначение и продолжительность существования, после
чего она разрушается, а взамен синтезируется аналогичная новая молекула. Но
их существование не имеет ничего общего с работой механизма. В их жизни всё
вероятностно: и перемещение внутри клетки, и выполнение (или невыполнение)
своих функций, и время смерти. Просто подавляющее большинство из них,
подчиняется внутриклеточным законам, и в результате - клетка существует.
Поразительно, но явно не "живые" молекулы ведут себя в клетке, словно
"живые", "разумные" существа! Кому-то со стороны может показаться даже, что
у них есть СОЗНАНИЕ!!!
Если взять любую одиночную клетку, ну, например, травы, сложность ее
устройства тысячекратно выше, чем самая фантастическая человеческая
механическая машина!..
Старец излагал очень складно. Я смотрел сквозь экранное стекло прямо в
его металлические глаза. В них не было ни самодовольства, ни презрения -
одно только холодное спокойствие, непоколебимая уверенность в том, что так и
было на самом деле, что истина не бывает плохой или хорошей - она такая,
какая есть. Тут я заметил, что Аид ничего не говорит о возникновении смерти.
- Смерть! - прервал его я. - Вы ни слова не сказали о её появлении. А
ведь это противоречит самосохранению организма.
- Я просто ещё не успел, Майкл, - старец почти ласково улыбнулся. -
Смерть тоже ускоряет организацию материи. Я понимаю её природу и не
испытываю страха, хотя жить мне осталось всего лишь эту ночь! Я создан
только для общения с вами...
Сущность смерти оказалась до банальности простой. Аид пояснил, что этот
механизм самоуничтожения через определенный период впервые приобрели клетки.
Действительно, ДНК и его белки оказались под защитой внешней оболочки, а
собственной смертью умереть ещё не могли. Получилось, что, постепенно
расплодясь, такие бессмертные клетки заполонили океан. Если я правильно его
понял, в нём уже попросту почти не осталось свободно плавающих нуклеотидов и
аминокислот. Очевидно, на какое-то время дальнейшее развитие замедлилось. И
только когда появились такие ДНК, в которых оказалась заложена возможность
создания белка, способного через определенное время разрушить её саму,
эволюция пошла с новой силой, появилась смерть. Саморазрушение (естественно,
после самокопирования) оказалось полезным - оно давало строительный материал
для новых и новых попыток случая создать ещё более совершенные клетки. Что
же касается ограничения срока жизни белков внутри современных клеток, то,
как я понял старца, оно полезно для надежного, устойчивого функционирования
этого сложнейшего аппарата в рамках отведенного ей срока (оптимальный срок
для данного вида в конкретных условиях вырабатывает естественный отбор).
Если внутри клетки появятся несколько белков с ошибкой (в какое-то звено
попала не та аминокислота), большого вреда они не принесут, так как не будут
накапливаться и скоро окажутся замененными на нормальные.
- Скажите Аид, - неуверенно спросил я. - Конечно, для эволюции
саморазрушение полезно: освобождается "место под солнцем", появляется
строительный материал для попыток случая, создать более совершенные клетки.
Но ведь конкретной клетке нет дела до эволюции! Каким образом она могла
отказаться от бессмертия?
- Майкл, - старец снисходительно улыбнулся, - когда я говорю "в
результате эволюции появились...", то под этим следует понимать определенный
процесс в подробности которого каждый раз вдаваться было бы утомительно. Но,
в данном случае, для примера, можно рассмотреть этот механизм детальней.
Допустим, после очередного самокопирования клетки, в её ДНК случайно
появился сбойный участок кодирующий разрушительный, для неё же самой, белок
(разрушающий её после нескольких самокопирований). Такая клетка, по
сравнению с другими, будет быстро разрушаться и "возрождаться" в своих
потомках (т.к. материала, вокруг подобных клеток, для копирования станет
предостаточно). Следовательно значительно быстрее, по сравнению с обычными
(не саморазрушающимися), клетками появится случайная, более совершенная
копия, превосходящая все доселе существующие, которая и будет захватывать
ресурсы. Но в её наследственном механизме, среди прочего, по наследству уже
будет передаваться и смерть. В конце концов, с течением времени, бессмертные
клетки безнадежно отстанут в своём развитии и погибнут под натиском более
совершенных, в каждой из которых заложена смерть.
Постепенно появились клетки, способные самостоятельно синтезировать
Новинки >> Русской фантастики (по файлам) | Форумов | Фэндома | Книг