Читать книгу Генетика на завтрак. Научные лайфхаки для повседневной жизни - Мартин Модер - Страница 6

Давайте продвинемся еще дальше в прошлое по нашей цепи отцов. Намного дальше. Теоретически ее можно продолжить до самой первой в мире формы жизни. И все же на практике эта попытка обречена на неудачу, поскольку для некоторого количества индивидов, число которых примерно равно населению Пакистана, цепь прервется. Чертовски сложно пожать друг другу руки, если вместо них плавники. И вообще, вам когда-либо доводилось наблюдать, как две рыбы держатся за руки? Для этого им просто не хватает чувства романтики. Если проигнорировать эту проблему и расставить остальных предков, подобно пожилым супругам – молча рядом друг с другом, фактически цепь закончится где-то на нашем первом общем предке. Этот одноклеточный Адам, живший около четырех миллиардов лет назад, стал переходным этапом от химии к биологии. В английском языке он получил название LUCA – the Last Universal Common Ancestor, – или Лука, последний универсальный общий предок. Как выглядел Лука, какие имел увлечения, никто точно не знает. В ту пору некому было его об этом расспросить.

Никто даже не поинтересовался, хотел ли Лука вообще появляться на свет. Это решение уже принял за него углерод, совершенно беззастенчиво образующий множественные связи одновременно и составляющий основную структуру жизни.

Этот элемент прошел долгий путь. Он выкован внутри массивных звезд и образует практически все, ради чего стоит жить в этом мире: уголь для барбекю, алмазы и саму жизнь.

Белки, жиры, углеводы и многие другие вещества, плавающие в наших клетках, получили углерод в качестве своей основной структуры. Это связано с тем, что углерод является мастером образования длинных цепей и соединений с другими элементами. Эти соединения даже имеют совершенную силу. Они достаточно крепкие, чтобы спонтанно не распадаться во время посещения сауны, но вместе с тем остаются настолько хрупкими, что их можно разорвать, так что съеденный на обед кремовый торт не отправится в унитаз непереваренным.

Однако наиболее важным свойством углерода является разнообразие химических структур, которые могут образовать элемент. Фактически углерод может формировать больше структур, чем все другие элементы периодической таблицы, вместе взятые. Это полезно, если собираешься смастерить что-то настолько же сложное, как жизнь. Чтобы из углерода смогло сформироваться живое существо, он должен сначала образовать органические соединения.

Как они появились, мы узнали еще в 1950-е годы благодаря ученым Стэнли Миллеру и Гарольду Клейтону Ури [3]. Два исследователя смоделировали в стеклянной колбе такую атмосферу, какая должна была преобладать на ранней Земле: вода, метан (углерод), водород и аммиак. Настолько суровые условия сегодня, пожалуй, можно встретить лишь в спортивных раздевалках да внутри кроссовок. Эти господа спровоцировали такое смешение электрических разрядов, чтобы смоделировать грозовые молнии, часто возникавшие в молодой атмосфере. На дне колбы находился искусственно созданный праокеан, довольно громкое название для лужицы воды. Фактически эксперимент стал давать интересные результаты, когда первичная атмосфера в течение нескольких дней подвергалась воздействию электрических разрядов. Жидкость начала приобретать розовую окраску, и, когда ученые исследовали ее, они обнаружили нечто удивительное: в первичной атмосфере благодаря грозовым разрядам спонтанно образовались органические молекулы, среди которых оказались сахара, жирные кислоты и аминокислоты. В процессе дальнейших экспериментов с изменением атмосферных условий были воссозданы и другие составные компоненты жизни, включая структурные элементы генетической информации. Так что в следующий раз, спускаясь в метро и ощущая в носу отчетливый запах метана[3], вы должны испытывать благодарность, ведь без него не было бы ни вас, ни метро.

Быть может, Лука кроме розовой протоплазмы получил также помощь от далеких звезд. В нашей Солнечной системе существует множество областей, где преобладают условия, при которых могут создаваться органические молекулы. Поэтому метеориты часто бывают переполнены строительными кирпичиками жизни, хотя сами по себе являются стерильными каменными глыбами. В метеорите Мерчисона весом более 100 фунтов, который упал в Австралии в 1969 году, было обнаружено 70 различных типов аминокислот, многие из которых известны благодаря современным живым существам.

Метеориты, которые в период формирования Солнечной системы стремительно проносились сквозь древние пылевые облака, при этом могли собирать органические вещества.

Сильная астероидная бомбежка на ранних этапах истории Земли могла стать тем самым толчком, послужившим причиной возникновения жизни. В результате на Земле оказалось не только множество будущих составляющих клетки, на нашу планету также было принесено огромное количество воды. Однако зарождению жизни может способствовать не только содержимое метеорита, но и мощный удар. В 2015 году ученые создали метеорит [7]. Это была замороженная мешанина из воды, аминокислот и силикатов, которые охлаждали до –196 °C. Чтобы смоделировать удар, космический снежный шар бомбардировали снарядами. В результате воздействия отдельные аминокислоты объединились, образуя короткие цепи, как это происходит и в клетках для формирования белков. Таким образом, сама сила удара может способствовать образованию сложных органических молекул, без которых не было бы никакой биологии. Чего не хватало первичному бульону для жизни, так это обособления от внешнего мира. Внешняя мембрана, подобная мембранам современных клеток, возникает спонтанно, когда амфифильные молекулы попадают в воду.

Метеориты, проносящиеся сквозь древние пылевые облака во время формирования Солнечной системы, могли собирать органические вещества.

Несмотря на свое название, амфифилия не имеет никакого отношения к лягушкам. Это слово описывает вещества, вступающие в сильное взаимодействие с водой, а также имеющие жирорастворимую часть. К ним относятся, например, фосфолипиды, из которых состоят мембраны клеток вашего организма. В метеорите Мерчисона были также выделены амфифильные молекулы, которые при контакте с водой продемонстрировали способность к спонтанному образованию мембраноподобных структур.

Таким образом, все компоненты, необходимые для возникновения жизни, имелись в наличии. Но разве тайна нашего происхождения была решена? Вероятно, на вашей кухне имеются все ингредиенты, необходимые для приготовления вкусного мраморного кекса, но заметьте, насколько непредсказуемо возникновение из них шедевра пекарского искусства. Вы будете разочарованы, поскольку мраморный кекс – это изысканный продукт. Тем не менее однажды может случиться так, что молочный пакет опрокинется в коробку с мукой и образует то, что может сойти за примитивного предшественника пирога. Живые существа, знакомые вам сегодня, – это продукт длительного развития, на которое ушли миллиарды лет. Случайные генетические мутации в сочетании с беспощадной борьбой за выживание, которая позволяет размножаться только лучшим представителям, являют собой безостановочный процесс оптимизации. В результате по прошествии чрезвычайно продолжительного периода времени из примитивной группки молекул может развиться что-то настолько же сложное, как кровожадная собака моих тетушек.

Эволюция не состоялась бы, если бы первая форма жизни не могла размножаться.

Чтобы эволюция смогла состояться, первая форма жизни должна обладать решающей способностью: она должна уметь размножаться.

Для современных клеток размножение – довольно трудоемкий процесс. Генетическую информацию современных клеток можно записать при помощи всего лишь четырех букв: A, T, G, C. Так себе словарный запас, рядом с ним Ходор из сериала «Игра престолов» – просто самый настоящий поэт. Поразительно, но четырех букв вполне достаточно, чтобы закодировать всего человека. С другой стороны, компьютеру хватает всего двух символов, 0 и 1, чтобы проигрывать видео про котиков в режиме Full HD. В человеческой клетке имеется около трех миллиардов этих букв. Чтобы генетическая информация не лежала без дела, необходимо создать копии сегментов ДНК, так называемых генов. Эти копии называются РНК, в дальнейшем они переписываются в белки, которые затем берут на себя выполнение различных задач в клетке.

Стандартная генетическая схема выглядит так: ДНК (генетическая информация) – РНК (копия) – белок.