Лев Гиндилис – SETI: Поиск Внеземного Разума (страница 77)

Существенную роль в жизнедеятельности клетки играют клеточные мембраны. Они не только индивидуализируют клетку, отделяя ее от окружающей среды, не только разделяют внутриклеточные структуры, но благодаря избирательной проницаемости регулируют в клетке концентрацию солей, сахаров, аминокислот и других продуктов обмена.

Лишь в том случае, когда имеются все необходимые компоненты: исходное сырье, растворитель, источник энергии и управляющая система (генетический аппарат), локализованные во внутренней среде, — лишь в этом случае может начать функционировать живая система. При отсутствии одного из компонентов живая система не может быть реализована. Это хорошо иллюстрируется на примере вирусов. Вирусы состоят из нуклеиновых кислот, окруженных белковой оболочкой. Они не могут самостоятельно жить и размножаться вне клетки. Только внедрившись в клетку и используя ее компоненты, ее внутреннюю среду, имеющееся в ней сырье и источники энергии, вирус получает способность размножаться, копируя собственную структуру, т. е. обретает черты живой системы. В цепочке, ведущей от предживого к живому, вирусы представляют собой системы, непосредственно примыкающие к живому. Тейяр де Шарден классифицировал их как субживые. Но это еще не жизнь! Жизнь, как уже отмечалось выше, начинается с клетки. Именно клетка образует простейшую живую систему, способную функционировать самостоятельно, поддерживая свою внутреннюю структуру, расти, размножаться и эволюционировать.

Возникает вопрос: каким образом информация, управляющая жизнедеятельностью клетей, записывается в генах? При образовании новых клеток, в процессе клеточного деления, каждая молекула ДНК разделяется на две половины по всей своей длине. Затем каждая половина формирует себе другую половину из имеющихся в окружающей среде молекул нуклеотидов. При этом, в силу взаимных связей, присущих азотистым основаниям (А—Т), (Г—Ц), новые основания присоединяются к старым в той же последовательности, которая была у недостающей половины. Таким образом, каждая половина молекулы ДНК точно воспроизводит вторую половину, так что возникают две двойные спирали, полностью идентичные родительской молекуле. При делении клетки одна из двух образовавшихся спиралей переходит к одной дочерней клетке, а другая —-к другой. В результате дочерние клетки получают генетический аппарат ДНК от родительской клетки, а вместе с ним — программу сборки белковых молекул, позволяющую поддерживать жизнедеятельность вновь образующихся клеток.

При формировании нового организма из зародыша источником генетической информации является ДНК оплодотворенной яйцеклетки, т. е. в конечном итоге — гены родителей. Зафиксированная в них программа жизнедеятельности клеток копируется и в готовом виде передается по наследству следующему поколению. Это очень важно, ибо, если бы каждому организму приходилось заново строить для себя программу синтеза необходимых ему белков, т. е. выбирать, в какой последовательности надо соединять аминокислоты, чтобы получить нужные белки, — он не смог бы выжить. Итак, генетическая информация переходит от родителей к потомкам на протяжении многих поколений. Естественно спросить: где же первоисточник этой информации, каким образом исходно возник действующий в живой клетке механизм матричного копирования? Но это уже относится к проблеме происхождения жизни.

Итак, генетическая информация на клеточном уровне состоит из закодированной в ДНК комбинации программ, управляющих синтезом большого числа ферментов и других белковых молекул. Но когда мы рассматриваем организм в целом, содержание генетической информации этим не исчерпывается. Полная программа развития организма из зародыша должна содержать не только программу жизнедеятельности каждой клетки, какие бы функции в организме она не выполняла, но и программу дифференциации клеток, построения различных тканей и органов. Как происходит дифференциация, каким образом строится целый организм — это пока не совсем понятно. Не известно даже, как строится отдельная клетка, ведь одно дело сформировать механизм синтеза белков, а другое дело — сконструировать сложную и тонкую структуру клетки с ее многочисленными органеллами. Тем более это относится к многоклеточному организму. Ясно, что программа его построения генетически закодирована, об этом свидетельствует тот факт, что любые изменения в структуре ДНК сказываются на строении организма во всех последующих поколениях. Известно также, что при реализации этой программы важную роль играют ферменты, которые запускают, активизируют или останавливают те или иные процессы. Однако полностью механизм формирования организма, природа действующих здесь управляющих сигналов остаются неизвестными. Это предмет интенсивных биологических исследований. Расшифровав генетический код, наука проникла в одну из сокровенных тайн живой клетки, но до полного понимания феномена жизни пока еще далеко. Возможно, для этого придется обратиться к внутренней стороне жизни, связанной с более тонкими планами бытия материи.

Механизм воспроизведения, заложенный в ДНК, не только обеспечивает устойчивость организма, сохранение его структуры на протяжении многих поколений, но этот же механизм содержит в себе возможность изменения, развития и, тем самым, создает почву для эволюции видов. Как это происходит? Под влиянием внешних факторов, например жесткой радиации или различных химических соединений, могут происходить изменения в структуре ДНК. Такие изменения называются мутациями. Мутации приводят к изменению в последовательности расположения нуклеотидов вдоль цепи ДНК, а следовательно, к изменению последовательности аминокислот в синтезируемой полипептидной цепи, т. е. к синтезу измененного белка. При действующем механизме передачи наследственной информации с помощью ДНК эти изменения переходят к последующим поколениям организмов. Большинство мутаций либо вредны, либо бесполезны для организма, и в процессе естественного отбора они отсеиваются, так как продолжают развитие только те организмы, у которых мутации оказались полезными. Обычно полезные мутации проявляются не сразу. Мутантные организмы могут длительное время существовать в виде небольшого включения в популяцию. Но когда происходят резкие изменения внешних условий, неблагоприятные для всей популяции, проявляется преимущество мутантных организмов. Этот механизм хорошо иллюстрируется на примере распространения новых форм насекомых под влиянием широкого применения токсических веществ. Так, у некоторых насекомых возник мутантный фермент, разрушающий ДДТ. Очевидно, применение этого препарата приводит к вымиранию немутантных особей, в результате сохраняется и получает развитие мутантная форма, нечувствительная к ДДТ. То же самое относится к появлению бактерий, устойчивых по отношению к тем или иным антибиотикам.

Подчеркнем некоторые особенности земной жизни. Прежде всего несмотря на чрезвычайное многообразие форм жизни на макроскопическом уровне, — на молекулярном уровне выявляется их полное единство. Все живые организмы используют одни и те же 20 аминокислот (из тысячи возможных) для синтеза белковых молекул, у всех организмов этот процесс программируется с помощью молекул ДНК, состоящих из одних и тех же четырех видов нуклеотидов, при этом используется универсальный генетический код, устанавливающий соответствие между тройками оснований в молекуле ДНК и аминокислотами в синтезируемой полипептидной цепи. Все многообразие форм живых организмов определяется, в конечном итоге, последовательностью расположения азотистых оснований в молекуле ДНК.

Другой важной особенностью является пространственная асимметрия молекул живого вещества. Дело в том, что некоторые органические соединения, в том числе аминокислоты, могут существовать в двух формах, отличающихся одна от другой ориентацией отдельных группировок атомов в их молекулах: группировка атомов одной формы является зеркальным отображением соответствующей группировки другой формы. Эти формы получили название «левой» и «правой». Так, существуют «левые» и «правые» аминокислоты. По своим химическим свойствам они совершенно идентичны, но поскольку их невозможно совместить, то при синтезе белков они не могут заменял, друг друга. Если синтез происходит в лаборатории, то всегда в одинаковом количестве присутствуют как «левые», так и «правые» формы. Но белки, входящие в состав живых организмов, относятся только к «левой» форме. Как возникла подобная асимметрия живой субстанции на Земле — этот вопрос остается пока открытым. Но как бы так ни было, всеобщая «левая асимметрия» также свидетельствует о единстве всех форм земной жизни.

Основная функция живого организма (в отсутствие размножения) состоит в поддержании обмена веществ. Кроме того, в организме происходит энергетический обмен и обмен информацией между различными подсистемами. Можно сказать, что жизнь есть обмен. В процессе обмена вещество, из которого состоят живые организмы, постоянно обновляется. Одни атомы и молекулы заменяются другими, но структура живого организма, его организация, несмотря на эту замену, сохраняется. Именно структура (а не субстанция) организма оказывается наиболее устойчивой; в этом смысле именно она характеризует живой организм в целом, его сущность. Стоит задуматься над таким вопросом. Атомы, из которых состоит тело человека, не стареют и не болеют. Что же стареет в человеке, если атомы его обновляются полностью в течение семи лет? Если материя сама по себе не болеет и не стареет, значит, «расстраивается» структура организма — то, что заставляет все эти атомы работать согласованно. Структура оказывается важнее субстанции. Это обстоятельство необходимо учитывать при рассмотрении различных форм жизни в космосе.