Эволюция для всех, или Путь кентавра

КЛЕТКА: НАДО ДЕЛИТЬСЯ

Вот дом, который построила ДНК… Да-да, представь себе дом. Ну… кирпичный дом. Это может быть сложный дом — с колоннами, выступами, карнизами, с красивыми стрельчатыми окнами. И вся эта сложность, все это многообразие составлено из простых глиняных кирпичей, только уложенных в разном порядке.

Иногда с кирпичом сравнивают живую клетку. Из клеток состоим мы с тобой, тела всех животных и растений. И под микроскопом при небольшом увеличении живая ткань немного напоминает кирпичную кладку — ряды клеток образуют и кожу, и стенки внутренних органов, и мышцы, и нервную ткань, и мозг.

Теперь представим себе, что в гости к строителям как-то раз является волшебник. И говорит: зачем вы ставите подъемные краны, строительные леса, кладете кирпич к кирпичу? Вот как надо! И волшебник берет кирпич, сажает его в землю, как семечко, поливает из волшебной своей лейки, и вот из кирпича-семечка растет дом. Этаж за этажом, сами собой из стенок вырастают лестничные клетки, лифтовые шахты, застекляются окна, появляется крыша, а на ней — телевизионная коллективная антенна.

Вот из таких чудо-кирпичей состоит и живое существо. Хороший ботаник-экспериментатор из любой клетки растения, а не только из семечка или почки сможет вырастить целое растение.

Выходит, в клетке есть что-то, какая-то запись, наследственный зачаток организма в целом. К тому же многие животные и растения Земли от рождения до смерти состоят из одной клетки. Похоже на то, что и наши с тобой далекие предки состояли всего из одной клетки, были одноклеточными организмами. Вот почему ученые, изучающие происхождение жизни, считают своей задачей проследить все этапы первичной химической эволюции до образования клетки. Когда появились клетки — это была уже не преджизнь, а жизнь, и она стала развиваться уже по иным законам.

Было время, когда ученые считали клетку чем-то очень простым — комочком слизи, и все. Сейчас известно, что клетка — это целый завод, вырабатывающий по определенной программе нужные вещества, нужные не только самой этой клетке, но и другим клеткам: между клетками-заводами есть разделение труда.

Обязанностей у клеток множество, но мы будем говорить только о двух: о производстве белков и об обязанности самовоспроизводства — клетки делятся. Это деление у одноклеточных существ оказывается и размножением. У многоклеточных животных и растений деление клеток обеспечивает рост отдельных тканей и органов всего организма в целом.

И вот в этих-то двух самых важных производственных клеточных процессах важнейшую роль, оказывается, играют белки и нуклеиновые кислоты.

Разных белков в организме множество, тысячи, это длиннющие нитевидные молекулы, и все они составлены из двадцати одних и тех же бусинок-аминокислот.

Отличаются молекулы разных белков друг от друга только одним — порядком следования бусинок-аминокислот в нитях белковых молекул. Этот порядок следования у настоящего белка определен очень строго, никаких перестановок не допускается, а если перестановка происходит, то получается уже другой белок, в данное время и в данном месте обычно ненужный или даже вредный. Жизнь клетки и организма в целом — это миллионы различных химических реакций, и одна из главных обязанностей белков — ускорение этих химических реакций. Каждый белок (белки-ускорители называют ферментами) в сотни тысяч раз ускоряет какую-то одну нужную в определенный момент и определенном месте реакцию, тут не должно быть никакой путаницы, и поэтому каждая белковая молекула должна быть построена так, как нужно, а не иначе, ведь именно от строения белка зависит, как отнесутся к нему молекулы веществ, вступающих в реакцию.

Вот почему белок — это не просто смесь аминокислот, а своего рода текст, в котором чаще всего нельзя изменить ни буквы.

Есть такая наследственная болезнь — серповидно-клеточная анемия. Это тяжелая болезнь, и она, наверное, давно бы исчезла с лица Земли вместе с теми, кто поражен ею (ведь люди с такой наследственностью раньше умирают и оставляют меньше потомков, чем здоровые), если бы не одно обстоятельство. Больные этой анемией никогда не болеют малярией. Возбудитель малярии питается красными кровяными шариками человека, а у больных анемией не шарики, а серпы, и возбудители их не усваивают! И вот в тропической Африке, где издавна свирепствовала малярия, болеть анемией оказалось в какой-то мере выгодно… Ученые только недавно обнаружили первопричину этой наследственной болезни. Оказалось, что в огромной молекуле белка, входящего в состав кровяных шариков, одна — всего одна! — из 600 бусинок-аминокислот заменена неправильной. Из-за этого вся клетка эритроцита уже «не держит» круглой формы, сворачивается в серп. И вот тяжелейшая болезнь. Трудно составить текст из 600 букв, в котором всего одна замененная буква так искажала бы весь смысл. В то же время этот пример показывает, что ошибки в строении больших биомолекул иногда оказываются хотя бы в каком-то отношении полезными. И это очень важно, без таких полезных ошибок не было бы эволюции!

ЗАКОДИРОВАННЫЕ ИНСТРУКЦИИ

А теперь представь себе, что ты взял наугад из наборной кассы наборщика массу букв и все их бросил на стол, и перед тобой совершенно случайно оказался… ну хотя бы заголовок этой книжки. Вероятность такого события совершенно ничтожна, с такой же вероятностью воздух из комнаты может весь выйти в форточку… И когда ты видишь перед собой связный текст, ты не будешь гадать. Ты твердо знаешь, что текст не сам составился из случайно брошенных литер, а его придумал и написал какой-то человек, выражая некую мысль. Значит, и белок в клетке строится не как попало, а его строит некто для какой-то цели по строго определенной программе. Этот «некто», а вернее, нечто, и есть нуклеиновая кислота, точнее, дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), молекула которой содержит длинный «текст», целый том закодированных «инструкций», как строить тот или иной белок. Этот том секретных инструкций клетка получает по наследству от своих предков и передает его потомкам как семейную святыню, без которой сразу развалится вся семья… Синтез, строительство белковых молекул в клетке — вещь сложная, и не все там понятно по сей день. Но главное ученые все же смогли подсмотреть. Многие участки молекулярного кода ДНК (их называют генами) — это запись строения того или иного белка (зная, какая аминокислота в белке больного анемией заменена, можно найти ошибку в генной записи, из-за которой белок производится с «опечаткой», такие «опечатки» ученые называют мутациями).

Как переносится кодовая запись гена на белковую молекулу? Каждый ген, кусок двойной цепи ДНК, если цепь расплести, обретает «липкость», к нему в этот момент норовят присоединиться определенные молекулярные последовательности. Над генами происходит сборка… Чего, белка? Нет, своеобразной копии гена, но только не ДНК, а РНК — рибонуклеиновой кислоты. Эта молекула-посредник, информационная, она же матричная РНК, точное, но зеркальное отражение гена, появляется в клетке ненадолго. Появившись, она спешит в другое подразделение клеточного «завода» — рибосому. Рибосома состоит из двух полушарий, и конец РНК-депеши закладывается (как это происходит, рассказывать трудно и долго) в одно из этих полушарий — то, что поменьше, как конец магнитной ленты в головку магнитофона.

Теперь рибосома готова к работе. Вокруг нее поднимается большая суета. Молекулы так называемых транспортных РНК начинают «рыскать», каждая в поисках своей аминокислоты. «Рыскание» это происходит вблизи рибосомы, в прозрачной плазме клетки. В этом растворе, если клетка здорова, хорошо питается и дышит, должны быть все необходимые детали-молекулы.

Невероятно странно: молекула «ищет», блуждает, чтобы «найти». Молекула обладает поведением — как живое существо. Как будто у нее своя воля есть или ей кто приказал. Ученые все еще далеки оттого, чтобы понимать со всей отчетливостью, как движутся внутриклеточные частички — органеллы и молекулы внутри клеток, как там отдаются приказы, которые так точно и в срок исполняются. Ну а то, что в срок… Никто пока не может сказать, где в клетке спрятан этот будильник-хронометр, который приводит в действие все «винтики» (ох, до чего неточное слово, но как еще сказать?) этого удивительного «предприятия» — клетки, не видимой простым глазом.